Phân tích ảnh hưởng TLD và tải trọng do động đất trong ứng xử kết cấu khung nhà cao tầng (LV thạc sĩ)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CỬU LONG
…………………

LÊ BÁ CƢỜNG

PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG TLD VÀ TẢI TRỌNG DO ĐỘNG
ĐẤT TRONG ỨNG XỬ KẾT CẤU KHUNG NHÀ CAO TẦNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG
CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHỆP

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS NGUYỄN HOÀI SƠN
VĨNH LONG, NĂM 2016

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang i


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

LỜI CÁM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS

Nguyễn Hoài Sơn, ngƣời thầy đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Thầy thực sự là một nhà
khoa học mẫu mực, luôn quan tâm, động viên và khích lệ tôi khi gặp khó khăn cả
trong công việc và trong cuộc sống, cùng học trò chia sẻ cả thất bại lẫn thành công.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào Tạo trƣờng Đại Học Học
Cửu Long, Tỉnh Vĩnh Long đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành chƣơng trình
đào tạo bậc cao học.
Trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi xin chân thành cám ơn
quý thầy cô phụ trách chƣơng trình đào tạo thạc sĩ đã truyền đạt những kiến thức
quý báu, cung cấp nguồn tài liệu đầy đủ và kịp thời, đồng thời tôi cũng xin cám ơn
vì luôn nhận đƣợc sự động viên giúp đỡ của tập thể cán bộ Khoa Khoa Xây Dựng
Dân Dụng & CN của Trƣờng đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành chƣơng trình
đào tạo bậc cao học.
Tôi cũng mong muốn đƣợc cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và ngƣời thân đã
động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn.
Xin chân thành cám ơn!
Vĩnh Long, tháng 9 năm 2016

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang ii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, đƣợc
thực hiện với sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Hoài Sơn.

Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc công bố trong
bất kỳ công trình khác nào.

Vĩnh

Vĩnh Long, ngày … tháng 09 năm 2016
Học viên

LÊ BÁ CƢỜNG

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang iii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

MỤC LỤC
Đề mục

Trang

LÝ LỊCH KHOA HỌC HỌC VIÊN SAU ĐẠI HỌC.................................................. i
LỜI CÁM ƠN ............................................................................................................ iv
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ v
MỤC LỤC .................................................................................................................. iv
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................ vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ......................................................................................vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ................................................... viii
Chƣơng 1. MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
1.1 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ................................................................ 1
1.2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ: ............................................................................... 2
1.3 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................................... 2
1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................................... 3
1.5 KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ...................................................... 3
Chƣơng 2. TỔNG QUAN ........................................................................................... 4
2.1 TỔNG QUAN VỀ VAN ĐIỀU CHỈNH CHẤT LỎNG (TLD) ........................... 4
2.1.1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................... 4
2.1.1.1 Hệ thông thƣờng ........................................................................................................ 4
2.1.1.2 Hệ cô lập ...............................................................................................................................4
2.1.1.3 Hệ giảm chấn phụ ................................................................................................................5
2.1.1.3.1 Hệ chủ động ......................................................................................................................5
2.1.1.3.2 Hệ thụ động ............................................................................................................. 5
2.1.1.4 Cơ cấu thụ động ......................................................................................................... 5

2.1.2 VAN ĐIỀU CHỈNH CHẤT LỎNG TLD .......................................................... 6
2.1.2.1 Lịch Sử Phát Triển ..................................................................................................... 6
2.1.2.2 Tuned Liquid Column Dampers ................................................................................ 7
2.1.2.3 Tuned Sloshing Damper ............................................................................................ 8
2.1.2.4 TLD chủ động ............................................................................................................ 9
2.1.2.5 TLD trong thực tế ...................................................................................................... 9
HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang iv


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

2.2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG, NGOÀI NƢỚC VÀ
MÔ TẢ THÍ NGHIỆM GIẢM CHẤN CÔNG TRÌNH .............................................. 9
2.2.1 Tình hình nghiên cứu nƣớc ngoài ...................................................................... 9
2.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ..................................................................... 16
2.3.3 Mô tả thí nghiệm và hình ảnh .......................................................................... 20
Chƣơng 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 22
3.1 GIẢI PHƢƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG ............................ 22
3.1.1 Mô hình Sun................................................................................................................ 23
3.1.2 Mô hình Yu. ................................................................................................................ 28

3.1.3 Mô hình của Xin............................................................................................... 33
3.2 Mô hình TMD ..................................................................................................... 35
3.2.1 Khái niệm cơ bản của hệ thống TMD. ............................................................. 35
3.2.2 Lực kích thích điều hòa .................................................................................... 36
3.2.3 Gia tốc nền ....................................................................................................... 38
Chƣơng 4. KẾT QUẢ SỐ ......................................................................................... 39
4.1 TLD - Cơ cấu chịu động đất................................................................................ 39
4.2 TMD- Cơ cấu chịu động đất ............................................................................... 42
4.2.1 Mô hình toán .................................................................................................... 42
4.2.1.1 Với hệ NDOF ................................................................................................ 42
4.2.1.2 Với hệ SDOF ................................................................................................. 42
4.2.2 Kết quả ............................................................................................................. 43
4.2.2.1 Hệ 1 bậc tự do ............................................................................................... 43
4.2.2.2 Hệ nhiều bậc tự do ........................................................................................ 44
4.2.3 TMD Chịu động đất ......................................................................................... 47
Chƣơng 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................. 48
5.1 Kết luận: .............................................................................................................. 48
5.2 Kiến nghị: ............................................................................................................ 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 50
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 53
HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang v


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình .................................................................................................................... trang
Hình 3-1 Kích thƣớc của hình chữ nhật TLD .......................................................... 24
Hình 3-2: Sơ đồ hệ thống SDOF với một TLD Kèm theo đó .................................. 27
Hình 3-3: Sơ đồ của một a) TLD và b ) tƣơng đƣơng mẫu NSD ............................ 28
Hình 3-4: Lƣợc Đồ Chuyển Vị Để Tính Toán A ..................................................... 31
Hình 3-5: Hệ hai bậc tự do a) Cơ cấu với TLD b) Cơ cấu với NSD mẫu .............. 32
Hình 3-6: Sơ đồ cho Xác định các thông số NSD..................................................... 33
Hình 3-7: Mô hình tƣơng đƣơng của bể đáy dốc ...................................................... 34
Hình 3-8: Sơ đồ giảm chấn 1 bậc tự do..................................................................... 35
Hình 3-9: Tỉ Số Biên Độ ........................................................................................... 37
Hình 4-1: Đáp ứng dao động đỉnh công trình khi không và có TLD ....................... 40
Hình 4-2: So sánh chuyển vị đỉnh công trình........................................................... 41
Hình 4-3: So sánh mômen Mz phía trái khung ........................................................ 41
Hình 4-4 : Hệ TMD một bậc tự do ............................................................................ 42
Hình 4-5: Ảnh hƣởng của TMD đến hệ một bậc tự do. ........................................... 44
Hình 4-6: Hệ nhiều bậc tự do ................................................................................... 45
Hình 4-7: Chuyển vị của đỉnh khi chịu lực tam giác ngƣợc trƣờng hợp 1,2,3 ........ 46
Hình 4-8 : Chuyển vị của đỉnh khi chịu lực toàn bộ cơ hệ trƣờng hợp 4,5,6 ........... 46

Hình 4-9 : Tác dụng của TMD đến chuyển vị của tầng đỉnh khi chịu tải động đất .. 47

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang vi


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng ................................................................................................................... Trang
Bảng 2-1: Hệ Thống Bảo Vệ Chống Động Đất .......................................................... 4
Bảng 2-2: Một Số Loại Giảm Chấn Thụ Động .......................................................... 6
Bảng 2-3: Thống kê các công trình đã đƣợc lắp đặt TLD trên thế giới và Việt Nam17

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang vii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
H

độ sâu cảu nƣớc không bị xáo trộn

L

chiều dài bƣớc sóng

a

chiều dài 1 nửa của hồ chứa

b

bề rộng hồ chứa

u

vận tốc của chất lỏng theo phƣơng x

w

vận tốc của chất lỏng theo phƣơng z

g

gia tốc trọng trƣờng

p

áp suất

ρ

khối lƣợng riêng của chất lỏng

v

độ nhớt động học của chất lỏng

Φ

hàm thế năngk: số lƣợng sóng

η

độ cao bề mặt tự do trong hồ chứa

n

độ cao bề mặt tự do trong thành hồ chứa bên phải

0

độ cao bề mặt tự do trong thành hồ chứa bên trái



hệ số giảm chấn

1

tần số cơ bản của chất lỏng

S

hệ số yếu tố ảnh hƣởng bề mặt

ms

khối lƣợng cấu trúc

cs

giảm chấn tự thân của cấu trúc

ks

độ cứng cấu trúc

s

hệ số giảm chấn cấu trúc

ws

tần số dao động tự nhiên của cấu trúc

xs

chuyển vị của cấu trúc

x&s

Vận tốc của cấu trúc

&
x&
s

gia tốc của cấu trúc

ag

gia tốc nền

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang viii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

F

lực cắt TLD

kd

độ cứng của NDS

cd

giảm chấn của NDS

md

khối lƣợng của NDS

Ew

năng lƣợng tiêu tán trong 1 chu kỳ

Fw

lực gây ra do sự dao động của chất lỏng

mw

khối lƣợng của chất lỏng

w

tần số góc lực kích thích

A

biên độ kích thích hình sin



pha lực tƣơng tác NSD



hệ số tỉ lệ tần số kích thích

fe

tần số kích thích

fd

tần số tự nhien của NSD

d

hệ số giảm chấn của NSD

ccr

hệ số giảm chấn tới hạn

wd

tần số tuyến tính cơ bản của NSD



hệ số chuyển đổi tần số

fd

tần số tuyến tính cơ bản của chất lỏng



hệ số tỉ lệ độ cứng

L'

chiều dài nền hồ chứa

B'

chiều rộng nền hồ chứa

H'

chiều cao mực nƣớc trong hồ

Vw

Tổng thể tích nƣớc trong hồ chứa

&
y&

gia tốc mode đầu tiên của sự chuyển động trƣợt của nƣớc

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang ix


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

Chƣơng 1. MỞ ĐẦU
1.1

CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Van điều chỉnh chất lỏng (TLD) và van điều chỉnh khối lƣợng (TMD) là

các thiết bị năng lƣợng thụ động sử dụng để giảm rung động trong các cấu trúc hoặc
các thành phần cấu trúc nhƣ các tòa nhà công nghiệp, hệ thống sàn, móng máy và
loại công trình khác. Đã có một số nghiên cứu về hiệu quả của TLD và TMD trong
việc giảm tác động động đất cho các nhà cao tầng.
Ngày nay, thiết bị kháng chấn cho các công trình dân dụng, đặc biệt nhà cao
tầng đang đƣợc quan tâm và đầu tƣ nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới.
Thiết kế kháng chấn đƣợc hiểu nhƣ việc đƣa ra giải pháp thiết kế sao cho công trình
xây dựng đảm bảo đủ khả năng chịu lực, không gây hƣ hại về kết cấu, tồn tại và
đứng vững dƣới tác dụng của tải trọng động đất, quan niệm thiết kế hiện đại là có
thêm phƣơng diện năng lƣợng do động đất truyền vào công trình, việc thiết kế sao
cho kết cấu có khả năng hấp thụ và phân tán năng lƣợng này giúp cho công trình
làm việc hiệu quả khi có động đất xảy ra.
Trong những thập niên vừa qua xu thế tìm kiếm sử dụng các vật liệu xây
dựng nhẹ, mảnh hơn để thay thế vật liệu bê tông cốt thép tuyền thống nhằm kiến tạo
các công trình có số tầng ngày càng cao, tuy nhiên khi các công trình ngày càng cao
và khối lƣợng của toàn công trình càng nhẹ thì việc ảnh hƣởng của tải trọng động

tác dụng lên công trình càng tăng cao. Do vậy vấn đề thiết kế kháng chấn cho nhà
cao tầng đƣợc quan tâm rất nhiều ở các nƣớc trên thế giới. Việc sử dụng bể nƣớc
mái nhƣ giải pháp kháng chấn cho công trình đƣợc xem là một trong những phƣơng
pháp có nhiều ƣu điểm vì thiết bị này có giá thành rẻ, ít bảo trì, dễ lắp đặt và không
tốn nhiều không gian sử dụng, đặc biệt là khả năng ứng dụng cho hầu hết các công
trình với quy mô khác nhau. Bể chứa chất lỏng đƣợc thiết kế sao cho tần số dao
động tự nhiên gần bằng tần số dao động riêng của công trình nhằm mục đích tạo ra
cộng hƣởng khi dao động, khi đó biên độ dao động sóng đạt giá trị cực đại và ngƣợc
chiều với ngoại lực tác động lên công trình.

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 1


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

Trong những năm gần đây ở Việt Nam, xu hƣớng xây dựng các nhà cao
tầng cũng bắt kịp với nhịp độ xây dựng của thế giới do vậy vấn đề thiết kế kháng
chấn càng đƣợc các kỹ sƣ cũng nhƣ nhà nghiên cứu chú trọng. Do tính thời sự của
vấn đề cùng với mong muốn tìm hiểu công nghệ, tác giả chọn đề tài “Phân tích
ảnh hƣởng TLD và tải trọng do động đất trong ứng xử kết cấu khung nhà cao
tầng” để thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình.
1.2

MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ:
 Mục tiêu:
Nghiên cứu chi tiết về hệ giảm chấn chất lỏng bao gồm: cấu tạo, đặc tính làm

việc và các thông số có liên quan tới hiệu quả giảm dao động cho công trình cao
tầng. Lập trình tính toán cho kết cấu sử dụng nhiều bể chứa làm việc đồng thời nhƣ
hệ giảm chấn nhiều khối lƣợng (MTLD).
 Nhiệm vụ:
- Nghiên cứu, xây dựng lý thuyết tính toán, bằng phƣơng pháp phần tử hữu
hạn.
- Nghiên cứu phƣơng pháp giải quyết bài toán tƣơng tác đa trƣờng chất lỏng –
thành bể.
- So sánh đánh giá giữa lý thuyết và thực tế về hiệu quả giảm chấn của các
công trình có ứng dụng TLD ở Việt Nam, rút ra kết luận và các hƣớng phát triển đề
tài trong tƣơng lai.
- Thực hiện một thí nghiệm mô hình đặt trên bàn lắc nhằm xây dựng cơ sở dữ
liệu đối chứng với kết quả khảo sát lý thuyết đã phân tích đƣợc và các hƣớng phát
triển đề tài trong tƣơng lai.
1.3

ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tƣợng nghiên cứu: Kết cấu khung nhiều tầng có bố trí TLD chịu tác

động của tải trọng động đất.

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 2


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu hệ giảm chấn chất lỏng bao gồm: cấu
tạo, đặc tính làm việc và các thông số có liên quan tới hiệu quả làm giảm dao động
cho công trình cao tầng.
1.4

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lí thuyết: Phân tích lý thuyết dựa trên việc tham khảo, tìm

kiếm các bài báo và các tài liệu trong nƣớc và quốc tế có liên quan đến việc sử dụng
kháng chấn dùng TLD và MTLD, nhằm giải quyết các vấn đề chính sau đây:
- Nghiên cứu, xây dựng lý thuyết tính toán bằng phƣơng pháp phần tử hữu
hạn cho hệ nhà cao tầng có TLD.
- Xây dựng giải thuật và viết chƣơng trình giải quyết bài toán bằng ngôn
ngữ lập trình Matlab.
1.5

KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đề tài “Phân Tích Ảnh Hưởng Tld Và Tải Trọng Do Động Đất Trong

Ứng Xử Kết Cấu Khung Nhà Cao Tầng”. Gồm có 5 chƣơng và phần phụ lục.
- Chƣơng 1: Mở đầu
- Chƣơng 2: Tổng quan
- Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết
- Chƣơng 4: Kết quả số
- Chƣơng 5: Kết luận và kiến nghị
- Tài liệu tham khảo
- Phụ lục code Matlab

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

Chƣơng 2. TỔNG QUAN
2.1

TỔNG QUAN VỀ VAN ĐIỀU CHỈNH CHẤT LỎNG (TLD)

2.1.1

GIỚI THIỆU
Nhu cầu ngày càng cao của việc xây dựng những tòa nhà cao tầng có những

đặc tính giảm chấn tƣơng đối thấp đã thu hút sự quan tâm tìm ra những các hiệu quả
và tiết kiệm để giảm rung động của cấu trúc dƣới những tải động (ví dụ nhƣ gió và
động đất). Những hệ thống khác nhau đƣợc đề xuất để tăng giảm chấn cấu trúc
chống lại tải theo phƣơng ngang. Sau đây là Bảng tóm tắt về những hệ thống bảo vệ
chống địa chấn thông thƣờng (Ba loại hệ thống bảo vệ địa chấn đã đƣợc thực hiện,
theo Christopoulos và Filiatrault 2006).
Bảng 2-1 Hệ Thống Bảo Vệ Chống Động Đất
Hệ thông
thƣờng
Hệ dẻo
Hệ cắt
Hệ giằng

Hệ cô lập
Hệ dẻo
Hệ lò xo nhựa
Hệ lò xo nhựa cƣờng
độ cao
Hệ kim loại
Hệ nhớt
Hệ con lắc

Hệ giảm chấn phụ
Thụ động

Chủ động

Hệ kim loại
Hệ ma sát
Hệ dẻo
Hệ nhớt
Hệ trọng lƣợng
Hệ chất lỏng
Hệ trọng tâm

Hệ thanh giằng
Hệ trọng lƣợng
Hệ chất lỏng
Hệ biến chất
Hệ rắn
Hệ điện
Hệ lƣu biến

2.1.1.1 Hệ thông thƣờng
Những hệ thống này dựa trên những khái niệm truyền thống và sử dụng phi
đàn hồi ổn định để làm tiêu tán năng lƣợng. Cơ cấu này có thể đạt đƣợc bởi bản lề
dẽo (plastic hinging) của những cây cột, dầm và những bức tƣờng, trong suốt ứng
xử dọc trục của những phần tử thanh dằn bằng cách tạo ra sức kéo hoặc sự bất ổn
định trong việc nén hay thông qua những bản lề cắt của những phần tử thép.
2.1.1.2 Hệ cô lập
Những hệ cô lập thƣờng đƣợc dùng giữa nền và những phần tử cơ sở của
tòa nhà và giữa sàn và trụ cầu. Những hệ thống này đƣợc thiết kế để có khối lƣợng
độ cứng ngang tƣơng đối với cấu trúc chính ít hơn để hấp thụ năng lƣợng động đất
HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 4


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

nhiều hơn. Một hệ thống giảm chấn phụ có thể đƣợc cài vào hệ cô lập để giảm
chuyển vị của cấu trúc cô lập nhƣ là một tổng thể.
2.1.1.3 Hệ giảm chấn phụ
Hệ giảm chấn phụ có thể đƣợc phân loại thành 3 nhóm là hệ thụ động, hệ
chủ động và hệ bán chủ động. Những giảm chấn này đƣợc kích hoạt bởi chuyển
động của cấu trúc và giảm chuyển vị của cấu trúc bởi việc làm tiêu tán năng lƣợng
thông qua những cơ cấu khác nhau.
2.1.1.3.1 Hệ chủ động
Hệ chủ động quan sát ứng xử của cấu trúc, và sau khi xử lý thông tin, trong
một khoảng thời gian ngắn, tạo ra một tập các lực để điều chỉnh trạng thái hiện tại

của cấu trúc. Nói chung, một hệ điều khiển chủ động đƣợc tạo bởi 3 thành phần:
một hệ thống quan sát có thể nhận thấy trạng thái của cấu trúc và ghi dữ liệu sử
dụng một hệ thu dữ liệu điện tử; một hệ điều khiển quyết định những lực phản ứng
lại để áp đặt lên cấu trúc dự trên dữ liệu đầu ra từ hệ quan sát và; một hệ dẫn động
để đặt tải vật lý vào cấu trúc. Để thực hiện tất cả những điều này, một hệ điều khiển
chủ động cần nguồn năng lƣợng bên ngoài liên tục. Việc mất năng lƣợng, có thể
làm cho những hệ thống này mất tác dụng.
2.1.1.3.2 Hệ bán chủ động
Những hệ bán chủ động cũng tƣơng tự nhƣ hệ chủ động ngoài trừ việc là so
với hệ chủ động thì chúng cần năng lƣợng ngoài ít hơn. Thay vì sử dụng những lực
phụ cho hệ cấu trúc, hệ bán chủ động điều khiển dao động bằng cách điều chỉnh
tính chất của cấu trúc (ví dụ điều chỉnh giảm chấn bằng cách điều khiển dạng hình
học của những cửa trong giảm chấn chất lỏng). Yêu cầu cho nguồn năng lƣợng bên
ngoài cũng hạn chế việc ứng dụng của hệ bán chủ động.
2.1.1.4 Cơ cấu thụ động
Hệ thụ động làm tiêu tán một phần năng lƣợng đầu vào do địa chấn lên cấu
trúc mà không cần bất kỳ nguồn năng lƣợng bên ngoài nào. Những tính chất của nó
là không thay đổi trong suốt quá trình chuyển động địa chấn của cấu trúc và không
thể điều chỉnh. Những thiết bị điều khiển thụ động đƣợc thấy là làm việc một cách
HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

hiệu quả; mạnh và tiết kiệm. Do đó, chúng đƣợc sử dụng rộng rãi trong cấu trúc xây
dựng. Những loại chính của hệ tiêu tán năng lƣợng thụ động có thể xem ở Bảng 2-2

(Christopoulos và Filiatrault 2006).
Bảng 2-2 Một Số Loại Giảm Chấn Thụ Động
Chuyển vi cƣỡng bức thụ
động
Giảm chấn bằng kim loại
Ma sát giảm chấn
Giảm chấn trọng tâm
Giảm chấn bằng nhớt

Vật tốc kích hoạt

Truyền động

Giảm chấn bằng nhớt

Giảm chất bằng trọng khối
lƣợng

Giảm chấn bằng nhớt

Giảm chất bằng chất lỏng

Những thiết bị chuyển vị cƣỡng bức thụ động hấp thụ năng lƣợng thông qua
chuyển vị tƣơng đối giữa những điểm mà chúng kết nối với cấu trúc, ứng xử của
chúng thƣờng độc lập với tần số chuyển động và nằm trong pha với những nội lực
lớn nhất đƣợc tạo ra ở cuối mỗi chu kỳ dao động tƣơng ứng với biến dạng lớn nhất
của cấu trúc. Giảm chấn kim loại, giảm chấn ma sát, giảm chất tự định tâm, và giảm
chất nhớt là những thiết bị chính trong nhóm này.
Những thiết bị Vận tốc kích hoạt (Velocity-activated devices) hấp thụ năng
lƣợng thông qua vận tốc tƣơng đối giữa những điểm kết nối của chúng, ứng xử của

những giảm chấn này thƣờng phụ thuộc vào tần số chuyển động và ngoài pha với
những nội lực lớn nhất đƣợc tạo ra ở cuối mỗi chu kỳ dao động tƣơng ứng với biến
dạng lớn nhất của cấu trúc. Điều này gây ra một mức độ lực thiết kế thấp hơn cho
những phần tử cấu trúc và nền móng, giảm chấn nhớt và giảm chấn đàn nhớt là
những ví dụ điển hình trong nhóm này.
2.1.2

VAN ĐIỀU CHỈNH CHẤT LỎNG TLD

2.1.2.1 Lịch Sử Phát Triển
Kể tử những năm 1950 giảm chấn chất lỏng đã đƣợc sử dụng để ổn định tàu
biển hay để điều khiển chuyển động lắc của vệ tinh. Những năm cuối 1970 TLD bắt
đầu đƣợc sử dụng trong xây dựng đẻ giảm chuyển động của cấu trúc; Vandiver và
Mitome (1979) đã sử dụng TLD để giảm dao động do gió của một sân ga. Thêm
HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 6


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

nữa, Mei (1978) và Yamamoto cùng đồng nghiệp quan sát những tƣơng tác của
sóng cấu trúc sử dụng những phƣơng pháp số. Những năm đầu 1980, những tham
số quan trọng nhƣ chiều cao chất lỏng, khối lƣợng, tần số và giảm chấn cho một
TLD đƣợc gắn vào hệ thống ngoài biển đã đƣợc nghiên cứu bởi Lee và Reddy
(1982). Bauer (1984) đã giới thiệu một bể chứa hình chữ nhật chứa đầy 2 chất lỏng
không trộn lẫn cho một cấu trúc tòa nhà. Kareeem và Sun, Sato, Toshiya và Tanaka,
Modi và Welt là một trong những nhà nghiên cứu đầu tiên đề nghị sử dụng TLD

trong cấu trúc xây dựng.
Những TLD có thể đƣợc sử dụng nhƣ một thiết bị chủ động hoặc thụ động và
đƣợc chia làm 2 nhóm chính: Tuned Sloshing Dampers (TSD) và Tuned Liquid
Dampers (TLCDs).
2.1.2.2 Tuned Liquid Column Dampers
TLCD kết hợp ảnh hƣởng của chuyển động chất lỏng trong ống, điều này
tạo ra một lực phục hồi sử dụng ảnh hƣởng trọng lực của chất lỏng và ảnh hƣởng
giảm chấn đƣợc tạo ra bởi sự mất áp suất thủy động (Sakai và đồng nghiệp)
Ƣu điểm của TLCD:
- Nó có thể có một vài hình dạng tùy ý giúp cho nó dễ dàng phù hợp với
một cấu trúc đang tồn tại.
- Ứng xử của nó hoàn toàn dễ hiểu.
- Giảm chấn TLCD có thể đƣợc điêu khiển bởi việc hiệu chỉnh mở cửa.
- Tần số TLCD có thể đƣợc hiệu chỉnh bởi việc điều chỉnh cột chất lỏng
trong ống.
- Một Double Tuned Liquid Column Damper (DTLCD) đƣợc tạo thành từ 2
TLCD theo 2 hƣớng chuyển động (Kim và đồng nghiệp). Vì vậy DTLCD hoạt động
trong nhiều hơn một hƣớng giúp loại bỏ giới hạn của TLDC một hƣớng thông
thƣờng.

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 7


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

2.1.2.3 Tuned Sloshing Damper

Một TSD làm tiêu tán năng lƣợng thông qua ma sát lớp biên chất lỏng, việc
nhiểm bẩn bề mặt tự do và bẽ gãy sóng (do thành phần phƣơng ngang của vận tốc
chất lỏng liên quan tới chuyển động sóng, đỉnh sóng giảm khi biên độ tăng, ở điểm
này những mô hình tuyến tính đơn giản không thể diễn tả ứng xử chất lỏng). Một
TSD có thể hoạt động ở chỗ nông hoặc giảm chấn nƣớc sâu. Ngƣời ta cho là sóng
trong khoảng ½ >h/L> 1/20 tới 1/25 là sóng nƣớc nông, trong đó h là độ sâu nƣớc
và L là chiều dài sóng (Sun và đồng nghiêp ). Những nghiên cứu gần đây cho thấy
rằng một tỷ lệ bằng hoặc thấp hơn 0.5 cho ra một lƣợng giảm chấn nhiều hơn tƣơng
ứng với tiêu tán năng lƣợng nhiều hơn. Dƣới những kích thích biên độ cao, TSD
nƣớc nông tiêu tán một lƣợng lớn năng lƣợng nhờ vào ứng xử phi tuyến của nó
tƣơng ứng với việc bẽ gãy sóng. Mặt khác một ứng xử phi tuyến có thể đƣợc nhìn
thấy trong trƣờng hợp nƣớc sâu thậm chí dƣới kích thích cao.
Tần số chất lỏng đóng vai trò quan trọng ứng xử TLD, những nghiên cứu
thực nghiệm trƣớc đây cho thấy rằng giá trị tối ƣu của tần số chất lỏng là một giá trị
gần với tần số kích thích, ở đó chất lỏng cộng hƣởng với chuyển động của bễ chứa.
Vì vậy, việc hòa hợp tần số TLD với tần số tự nhiên của cấu trúc sẽ giúp tiêu tán
một lƣợng năng lƣợng đáng kể. Tỷ số khối lƣợng (tỷ số của khối lƣợng nƣớc với
khối lƣợng của toàn thể cấu trúc) là một thông số quan trọng khác ảnh hƣởng đến
ứng xử của hệ cấu trúc TLD. Nó cho thấy rằng với một tỷ số khối lƣợng tƣơng đối
nhỏ (vd 4%), không có đóng góp quan trọng cho gia tốc toàn thể của hệ thống, việc
giảm đáp ứng cấu trúc hiệu quả có thể đạt đƣợc.
So với những giảm chấn thụ động khác TSD có một vài ƣu điểm:
- Dễ dàng thiết đặt với chi phí thấp.
- Dễ hòa hợp bằng cách thay đổi mực chất lỏng hoặc kích thƣớc của bễ
chứa.
- Khả năng hoạt động nhƣ là một giảm chấn 2 chiều.
- Hiệu quả ngay cả dƣới dao động biên độ nhỏ.
- Có thể đƣợc dùng nhƣ là kho chứa nƣớc của tòa nhà để phòng cháy.
HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 8


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

Mặt khác TSD có một vài vấn đề:
- Ứng xử phức tạp do chuyển động sloshing của chất lỏng có độ phi tuyến
cao.
- Giảm chấn đƣợc tạo ra bởi chính chất lỏng có thể không đủ cho ứng dụng
thực tế. Để giải quyết vấn đề này, khung cảnh, hình dạng bễ chứa hiệu quả và khối
tam giác ở đáy bễ chứa đã đƣợc giới thiệu để tăng giảm chấn.
- Không hiệu quả trong quá trình động đất dạng xung, khi chuyển động của
nƣớc không có cơ hội để tiêu tán đủ năng lƣợng.
- Hiện tƣợng đập trong đó một phần của năng lƣợng hấp thụ bởi giảm chấn
sẽ trả về cho cấu trúc sau khi kích thích dừng. Một dạng đáy dốc sử dụng mật độ
chất lỏng biến đối đã đƣợc đề xuất để giải quyết 2 vấn đề sau cùng ở trên.
2.1.2.4 TLD chủ động
TLD cũng có thể đƣợc khảo sát nhƣ những thiết bị chủ động và bán chủ
động bằng cách sử dụng chất lỏng từ tính, hoặc thông qua việc sử dụng chân vịt
(cánh quạt).
2.1.2.5 TLD trong thực tế
TLD đã và đang đƣợc sử dụng trong một vài kết cấu xây dựng. Vào năm
1987, tòa tháp sân bay Nagasaki (NAT) là công trình có thiết lập TLD đầu tiên lên
một kết cấu mặt đất thực sự. Một trƣờng hợp khác, cũng tƣơng tự nhƣ NAT, một
TLD đƣợc thiết lập vào tháng 7 năm 1987 lên tòa táp Yokohama Marin (YMT) ở
công trình này TLD đƣợc làm từ 39 bễ chứa chất lõng nhiều lớp hình trụ, với chiều
cao 0.5m và đƣờng kính 0.49m. Một ứng dụng khác của TLD là khách sạn cao tầng
Shin Yokohama Prince (SYP) ở yokohama, trong đó tham số thiết kế ảnh hƣởng

ứng xử của TLD đã đƣợc khảo sát. TLD cũng đƣợc dùng cho các công trình cầu
nhƣ: cầu Ikuchi và Sakitama ở Nhật Bản.
2.2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG, NGOÀI NƢỚC
2.2.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NƢỚC NGOÀI
Kể từ đầu những năm 1980 TLD đã đƣợc nghiên cứu bởi nhiều nhà khoa
học. Lee nghiên cứu những tham số TLD hiệu quả bao gồm chiều cao chất lỏng,
HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 9


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

khối lƣợng, tần số và giảm chấn cho một TLD gắn vào platforms ngoài biển. Bauer
là một trong những nhà nghiên cứu đầu tiên ứng dụng TLD vào những công trình
xây dựng trên mặt đất bằng việc đƣa ra một bễ chứa hình chữ nhật chứa đầy 2 chất
lỏng không trộn lẫn để giảm dao động kết cấu.Wakahara và đồng nghiệp và
tamamura cùng đồng nghiệp đã chỉ ra những hiệu quả của TLD đƣợc thiết đặt trong
cấu trúc thật nhƣ Nagasaki airport Tower, Yokohama Marine Tower, và khách sạn
Shin Yokohama Prince (SYP) để giảm dao động kết cấu.
Shimizu và hayama (1986) trình bài một mô hình số để giải bài toán
Navier-Stoke và phƣơng trình liên tục dựa trên lý thuyết sóng nƣớc nông. Họ rời rạc
những phƣơng trình chính và giải chúng bằng số. Sun và đồng nghiệp đề xuất một
mô hình phi tuyến mà nó sử dụng lý thuyết sóng nƣớc nông và giải Navier-Stokes
và những phƣơng trình liên tục với nhau. Hơn nữa, họ đã giới thiệu những hệ số
thực nghiệm để tính đến hiệu quả của việc bẻ gây sóng, một khuyết điểm quan trọng
những mô hình khác. Modi và Seto (1997) cũng đề xuất môt nghiên cứu số xem xét
ứng xử phi tuyến của TLD, nó bao gồm những ảnh hƣởng của phân tán sóng cũng

nhƣ lớp biên ở những bức tƣờng, các tƣơng tác hạt nỗi ở bề mặt tự do và việc gãy
sóng. Tuy nhiên, phân tích không tính đến ảnh hƣởng động lực học của sóng đánh
vào tƣờng bề chứa. Hơn nữa, ở những độ cao chất lỏng thấp, tƣơng ứng với việc
xãy ra hiện tƣợng gãy sóng, phân tích số không đƣợc chính xác lắm và một sai lệch
lớn tồn tại giữa kết quả số và kết quả thực nghiệm.
Sun và đồng nghiệp (1995) đã xác định khối lƣợng tƣơng đƣơng, độ cứng
và giảm chấn của TLD sử dụng một TMD tƣơng tự từ dữ liệu thực nghiệm của
những bễ chứa hình khuyên, hình tròn và hình chữ nhật phụ thƣợc kích thích nền
điều hòa.
Yu (1999) giới thiệu một mô hình dựa trên TLD cân bằng với độ cứng và
giảm chấn phi tuyến đƣợc tính toán từ thủ tục tƣơng hợp năng lƣợng (energy
matching procedure). Nó cho thấy rằng mô hình có thể bắt đƣợc ứng xử TLD dƣới
những kích thích biên độ lớn và suốt quá trình gãy sóng.

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 10


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

Gardarsson và đồng nghiệp (2001) khảo sát hiệu quả của TLD đáy dốc với
một góc nghiên 30 độ cho nền bễ chứa. Nó cho thấy rằng mặc dù ứng xử lò xo đƣợc
làm cứng của TLD hình chữ nhật, TLD đáy dốc ứng xử nhƣ một lò xo mềm. Thêm
nữa, ngƣời ta quan sát thấy rằng khối lƣợng chất lỏng nhiều hơn tham gia vào lực
sloshing trong trƣờng hợp đáy dốc dẫn đến việc tiêu tán năng lƣợng nhiều hơn.
Reed và đồng nghiệp (1998) khảo sát ứng xử TLD dƣới kích thích biên độ
lớn thông qua những thí nghiệm và so sánh kết ủa với một mô hình số dựa trên

những phƣơng trình sóng nƣớc nông. Ngƣời ta thấy rằng đáp ứng tần số TLD tăng
khi biên độ kích thích tăng và TLD ứng xử nhƣng một lò xo đƣợc làm cứng. Bên
cạnh đó, ngƣời ta cũng nhận thấy rằng để đạt đƣợc hệ mạnh nhất, tần số TLD nên
đƣợc hòa hợp với một giá trị thấp hơn tần số đáp ứng của cấu trúc; nhƣ thế, tần số
TLD phi tuyến thực sự phù hợp với đáp ứng của đáp ứng cấu trúc.
Olson và Reed (2001) nghiên cứu TLD đáy dốc sử dụng mô hình giảm chấn
và độ cứng phi tuyến đƣợc phát triển bởi Yu (1999), ứng xử của lò xo đƣợc làm
mềm của hệ đáy dốc đƣợc xác nhận. Ngƣời ta cũng kết luận rằng bễ chứa đáy dốc
nên đƣợc hòa hợp cao hơn một chút so với tần số cơ sở của cấu trúc để cho giảm
chấn hiệu quả nhất.
Xin và đồng nghiệp (2009) đề xuất một TLD biến đổi tỷ trọng với đáy dốc
và khảo sát thực nghiệm nó trên một tỉ lệ 1/4, cấu trúc 3 tầng, hệ điều khiển tỷ trọng
thay đổi đƣợc thấy là hiệu quả hơn và mạnh mẽ hơn một TLD nƣớc phẳng đáy bằng
tƣơng ứng trong việc giảm gia tốc sàn và lệch tần của cấu trúc.
Yamamoto và Kawahara (1999) sử dụng dạng Lagrange-Eulerian của
phƣơng trình Navier-Stokes để dự đoán chuyển động của chất lỏng.
Những phƣơng pháp fractional-steps và Improved-balancing-tensordiffusivity đƣợc sử dụng để rời rạc và giải những phƣơng trình Navier-Stokes trong
không gian và phƣơng pháp Beta của Newmark đƣợc dùng trong miền thời gian để
dự đoán đáp ứng tƣơng tác cấu trúc TLD. Tuy nhiên, mô hình không đƣợc kiểm tra
với thực nghiệm.

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 11


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

Siddique và Hamed (2005) trình bày một mô hình số mới để giải NavierStokes và những phƣơng trình liên tục. Họ ánh xạ miền vật lý chƣa biết, phụ thuộc
thời gian, chính quy vào miền tính toán hình chữ nhật nơi mà hàm ánh xạ không
đƣợc biết và đƣợc xác định suốt quá trình giải nghiệm. Nó cho biết thuật toán có thể
dự đoán chính xác chuyển động sloshing của chất lỏng dƣới những biến dạng bề
mặt tƣơng tác lớn. Tuy nhiên nó không thể dự đoán những biến dạng trong trƣờng
hợp bề mặt không liên tục nhƣ việc tồn tại những cuộn hoặc khi gãy sóng xãy ra.
Kareem và đồng nghiệp (2009) trình bày một mô hình cho TLD sử dụng
sloshing-slamming (S2) tƣơng tự, bao gồm sự kết hợp của những đặc tính động lực
học của ảnh hƣởng slamming và sloshing chất lỏng và có thể bắt đƣợc ứng xử của
cả những kích thích có biên độ cao và thấp. Tuy nhiên kết quả thực nghiệm không
tƣơng đồng tốt với mô hình đề xuât.
Li và đồng nghiệp (2002) giải những phƣơng trình chất lỏng mô men và
liên tục cho chất lỏng nông sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn. Họ đơn giản hóa
bài toán 3 chiều thành bài toán một chiều để đơn giản thủ tục tính toán. Tuy nhiên,
mô hình không đƣợc kiểm tra lại bằng thực nghiệm.
Frandsen (2005) phát triển một mô hình sai phân biến đổi sigma 2D phi
tuyến đầy đủ dựa trên những phƣơng trình dòng chảy không nhớt trong những bễ
chứa hình chữ nhật. Những kết quả đƣợc trình bày cho những sóng không gãy từ
nhỏ tới lớn ở một khoảng những tỷ số độ sâu và chiều dài bễ chứa đại diện cho
những trƣờng hợp nƣớc từ sâu đến nông. Tuy nhiên, mô hình không thể bắt đƣợc
những ảnh hƣởng giảm chấn của chất lỏng và ứng xử sóng nƣớc nông.Warnitchai
và Pinkaew (1998) đề xuất một mô hình toán của TLD bao gồm những ảnh hƣởng
phi tuyến của những thiết bị flow-dampening. Những nghiên cứu thực nghiệm với
thiết bị màn hình lƣới dây đƣợc tiến hành. Với việc giới thiệu thiết bị dampening
flow thì cho thấy giảm chấn sloshing và đặc tính phi tuyến của giảm chấn tăng lên;
việc giảm nhẹ tần số sloshing phù hợp với những dự đoán mô hình.
Kaneko và ishikawa (1999) đề xuất một mô hình giải tích có thể tính đến
ảnh hƣởng của những hệ thống chìm trong nƣớc lên ứng xử của TLD dựa trên lý
HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 12


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

thuyết sóng nƣớc nông. Nó cho thấy nhân tố giảm chấn tối ƣu có thể đạt đƣợc bằng
những mạng lƣới và dao động cấu trúc sẽ giảm nhiều hơn khi có sự xuất hiện của
các mạng lƣới.
Tait (2008) phát triển mô hình cơ học tuyến tính cân bằng tính đến năng
lƣợng tiêu tán bởi những tấm chắn giảm chấn cho cả kích thích ngẫu nhiên và kích
thích hình sin. Mô hình đƣợc xác nhận nhờ những kiểm tra thực nghiệm và một thủ
tục thiết kế sơ bộ đƣợc đề xuất cho một TLD trang bị màn chắn giảm chấn.
Casolato và đồng nghiệp (2010) đề xuất những màn chắn thanh mỏng
nghiên để giảm tỷ số giảm chấn TLD. Họ tính toán hệ số mất áp suất cho màn chắn
nghiên và ƣớc lƣợng năng lƣợng tiêu tán bởi những màn chắn. một mô hình để dự
đoán đáp ứng trạng thái tĩnh của chất lỏng cũng đƣợc phát triển. Ngƣời ta nhận thấy
một TLD đƣợc trang bị màn chắn nghiên có thể điều chỉnh và nó có thể đƣa ra môt
tỷ số giảm chấn không đổi trên một dãy biên độ kích thích. Ngƣời ta cũng nhận thấy
việc tăng gốc nghiên của màn chắn sẽ giảm tỷ số giảm chấn của TLD.
Li và Wang (2004) đề xuất hệ thống nhiều TLD để giảm chấn cho những
tòa nhà cao tầng và các cấu trúc cao tầng trƣớc những kích động chuyển động của
động đất. Các TLD đƣợc hòa hợp với vài khoảng cấu trúc tự nhiên đầu tiên. Nó cho
thấy cả lý thuyết và thực nghiệm rằng có cùng trọng lƣợng nhƣ một TLD thì nhiều
TLD hiệu quả hơn trong việc giảm chuyển động cấu trúc đến 40%. Koh và đồng
nghiệp (1995) cũng khảo sát hệ nhiều giảm chất chất lỏng hòa hợp với vài tần số
mode của cấu trúc. Nó cho thấy rằng nhiều TLD giúp cho việc điều khiển dao động
tốt hơn những TLD hòa hợp với một tần số mode cụ thể. Hơn nữa họ cũng nhận
thấy sự phụ thuộc TLD vào bản chất của kích thích và ảnh hƣởng quan trọng của vị

trí TLD lên đáp ứng dao động.
Tait và đồng nghiệp (2005, 2007) hƣớng dẫn một nghiên cứu về ứng xử
TLD 2D. Họ dùng TLD cho cả kích thích ngang 1D và 2D, đáp ứng sloshing của
nƣớc trong bễ chứa đƣơc đặc tính hóa bởi chuyển động bề mặt tự do, lực cắt cơ sở
tổng hợp và tính giá trị của năng lƣợng tiêu tán bởi sóng sloshing nƣớc. Những kết
quả cho thấy ứng xử tách riêng cho TLD 2D cho phép bễ chứa hình chử nhật đƣợc
HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 13


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

dùng nhƣ TLD 2D và đồng thời giảm đáp ứng động lực học của cấu trúc trong 2
mode dao động trực giao.
Tait và Deng (2009) giới thiệu những mô hình bễ chứa đáy tam giác, đáy
dốc, đáy parabol, đáy phẳng sử dụng lý thuyết sóng dài tuyến tính. Năng lƣợng tiêu
tán bởi màn chắn giảm chấn và những tính chất cơ học cân bằng bao gồm khối
lƣợng, tần số tự nhiên, và tỷ số giảm chấn của TLD đƣợc so sánh cho những dạng
hình học khác nhau của bễ chứa. Nó cho thấy tỷ số khối lƣợng hiệu quả chuẩn hóa (
khối lƣợng chất lỏng tham gia vào sloshing) cho bễ chứa đáy parabol và đáy nghiên
với độ dốc 20 độ, lớn hơn tỷ số khối lƣợng hiệu quả của bễ chứa đáy phẳng và đáy
tam giác. Idir và đồng nghiệp (2009) đã tính đƣợc tần số tự nhiên của sóng sloshing
nƣớc cho những hình dạng đáy bễ chứa khác nhau từ bễ chứa đáy phẳng tƣơng
đƣơng sử dụng lý thuyết sóng tuyến tính. Công thức tần số đƣợc thể hiện chính xác
ở những kích thích yếu, đặc biệt là cho những bễ chứa có đáy chữ V hoặc đƣờng
cong.
Banerji và đồng nghiệp (2000) nghiên cứu hiệu quả của những tham số

quan trọng của TLD dựa trên mô hình đƣợc giới thiệu bởi Sun và đồng nghiệp
(1992). Giá trị độ sâu tối ƣu, tỷ số khối lƣợng và tần số đại diện cho độ sâu của
nƣớc và chiều dài bễ, khối lƣợng của nƣớc với khối lƣợng của cấu trúc và tần số của
bễ chứa với tần số cấu trúc đƣợc tìm thấy bằng thực nghiệm. Sau đó, một thủ tục
thiết kế TLD thực tế đƣợc đề xuất để điều khiển đáp ứng địa chấn của cấu trúc.
Chang và Gu (1999) chủ trì một nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để đạt đƣợc
những tính chất TLD tối ƣu thiết lập lên đỉnh của một tòa nhà cao tầng và chịu
những lực kích thích phức tạp (đó là trƣờng hợp đặc biệt của lực kích thích gió).
Một loạt thí nghiệm hầm gió tƣơng ứng với những dạng hình học TLD khác nhau
đã đƣợc tiến hành. Họ đề xuất một khoảng tần số TLD từ 0.9 đến 1.0 cho mô hình
tòa nhà và một tỷ lệ khối lƣợng là 2.3%.
Samanta và Banerjy (2010) hiệu chỉnh mô hình TLD trên lý thuyết trong đó
TLD đặt trên một nền tảng đƣợc nâng cao và kết nối với đỉnh của tòa nhà thông qua
thanh cứng với một lò xo xoay linh hoạt ở đáy của nó. Nhờ những giá trị đặc trƣng
HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 14


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

ở khả năng linh hoạt của lò xo, gia tốc xoay của thanh cùng pha với gia tốc cấu trúc
đỉnh, TLD chịu gia tốc biên độ lớn hơn gia tốc đáy cố định thông thƣờng và hiệu
quả của nó đƣợc tăng lên.
Modi và Akinturk (2002) tập trung vào việc thiết lập những vật cản có dạng
nêm 2D để tăng hiệu quả tiêu tán năng lƣợng TLD. Dạng hình học của vật cản tối
ƣu đƣợc xác định thông qua một nghiên cứu dao động tự do tham số. Nó cho thấy
rằng yếu tố giảm chấn có thể đƣợc tăng lên xấp xĩ 19.8% trong điều kiện tối ƣu.

Abe và đồng nghiệp (1998) trình bày một TLD chủ động bao gồm chất lỏng
từ tính đƣợc kích hoạt bởi điện từ. Một lực điều khiển bộ hấp thụ dao động động lực
học chủ động dựa trên quy tắc đƣợc sử dụng nhờ vào ứng xử phi tuyến của
sloshing. Nó cho thấy TLD chủ động giảm dao động cấu trúc hiệu quả hơn và ở
cùng thời điểm thì độ nhạy với sai số trong việc hòa hợp sẽ thấp hơn.
Ikeda (2010) nghiên cứu ảnh hƣởng của cấu hình 2 bễ chứa chữ nhật để đáp
ứng cấu trúc 2 tầng. Trong trƣờng hợp một là một bễ chứa đƣợc thiết lập trên đỉnh
và một cái khác ở tầng 2; trƣờng hợp thứ 2 là đặt một bễ chứa ở đỉnh và trƣờng hợp
thứ ba là thiết lập cả 2 bễ chứa ở đỉnh. Ikeda kết luận rằng nhiều bễ chứa thì ít hiệu
quả hơn trong việc giảm chấn cấu trúc.
Ikeda (2003) khảo sát ứng xử phi tuyến TLD gắn với cấu trúc tuyến tính
chịu kích thích điều hòa theo phƣơng thẳng đứng. Ikeda quan sát thấy rằng bằng
cách lựa chọn mức chất lỏng tối ƣu, một bễ chứa chất lỏng có thể đƣợc dùng nhƣ là
một giảm chấn với những kích thích hình sin thẳng đứng.
Ikeda và Ibrahim (2005) nghiên cứu tƣơng tác ngẫu nhiên phi tuyến của
một cấu trúc đàn hồi với động lực học sloshing chất lỏng trong một bễ chứa hình trụ
chịu kích thích ngẫu nhiên thẳng đứng. Bốn chế độ của chuyển động bề mặt chất
lỏng đƣợc quan sát và mô hình sloshing uni-modal đƣợc tìm thấy để khảo sát tƣơng
tác cấu trúc TLD. Biswall và đồng nghiệp (2003, 2004) khảo sát ảnh hƣởng của
bafles hình khuyên lên ứng xử TLD hình trụ. Ngƣời ta thấy rằng những tần số
sloshing của chất lỏng trong hệ flexible-tank-baffle thấp hơn những tần số của hệ
cứng.
HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI SƠN

Tait và đồng nghiệp (2005) thực hiện một dãy nghiên cứu thực nghiệm để
khảo sát ứng xử TLD dƣới điều kiện chuyển động bề mặt tự do, lực cắt cơ sở tổng
hợp và năng lƣợng tiêu tán bởi một TLD với tấm chắn phẳng dựa trên một mô hình
tuyến tính và phi tuyến. Ngƣời ta thấy rằng mô hình phi tuyến có thể diễn tả chính
xác đáp ứng trong khi mô hình tuyến tính là một công cụ phù hợp cho việc ƣớc
lƣợng ban đầu của đặc tính tiêu tán năng lƣợng của TLD. Hơn nữa những giá trị tỷ
lệ giữa chiều dài so với độ sâu chất lỏng lớn hơn và sử dụng nhiều tấm chắn đƣợc
nghiên cứu dựa trên những kết quả thực nghiệm. Bên cạnh đó một phƣơng pháp
đƣợc trình bày để xác định hệ số mất mát của tấm chắn.
Lieping và đồng nghiệp (2008) đề xuất sử dụng giảm chấn chất lỏng hòa
hợp phân phối (DTLDs) để làm đầy không gian trống bên trong những ống và hộp
sàn bê tông gia cƣờng (RC) cast-in-situhollow slabs để tăng tỷ số giảm chấn cấu
trúc.
Lee và đồng nghiệp (2007) thực hiện một thí nghiệm pseudodynamic (PSD)
lai ghép thời gian thực để tính giá trị của hiệu suất TLD. Trong phƣơng pháp này
cấu trúc đƣợc mô hình trong một máy tính và bễ chứa đƣợc kiểm tra về mặt vật lý.
Họ so sánh các kết quả với kiểm tra bàn rung thông thƣờng và đo đạt hiệu quả của
TLD có thể đƣợc tính toán chính xác sử dụng phƣơng pháp kiểm tra bàn rung lại
thời gian thực mà không cần mô hình cấu trúc vật lý.
2.3.2

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƢỚC
Tại Việt Nam, đã có những nghiên cứu về MTLD sử dụng cho công trình

cầu dây văng trong đó có những điểm chính nhƣ: lập hàm giải tích liên hệ giữa tỷ lệ
tần số kích thích và tần số kết cấu để phản ánh ứng xử của cơ hệ sử dụng thiết bị
kháng chấn TLD, tuy nhiên việc nghiên cứu chỉ dừng lại ở cơ hệ SDOF làm việc
với MTLD, đề tài này cũng chỉ mới đƣợc đề cập trong vài năm gần đây và đặc biệt
hầu nhƣ chƣa có công trình nghiên cứu nào đồng thời xét đến cả hai vấn đề (1)

kháng chấn bằng bể chất lỏng và (2) xét tƣơng tác giữa chất lỏng và thành bể.

HVTH: Lê Bá Cƣờng

Trang 16