Phân tích khả năng kháng chấn của công trình sử dụng các bể chứa trong đó có xét đến sự tương tác giữa chất lỏng và thành bể

TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

ĈҤI HӐC QUӔC GIA THÀNH PHӔ HӖ CHÍ MINH
TRѬӠNG ĈҤI HӐC BÁCH KHOA
--------------------

BÙI PHҤM ĈӬC TѬӠNG

PHÂN TÍCH KHҦ NĂNG KHÁNG CHҨN
CӪA CÔNG TRÌNH SӰ DӨNG CÁC Bӆ CHӬA
TRONG ĈÓ CÓ XÉT ĈӂN
SӴ TѬѪNG TÁC GIӲA CHҨT LӒNG VÀ THÀNH Bӆ

CHUYÊN NGÀNH : XÂY DӴNG DÂN DӨNG VÀ CÔNG NGHIӊP
MÃ SӔ NGÀNH

: 60 58 20

LUҰN VĂN THҤC SƬ

TP. HӖ CHÍ MINH, THÁNG 7 NĂM 2010


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

CÔNG TRÌNH ĈѬӦC HOÀN THÀNH TҤI
TRѬӠNG ĈҤI HӐC BÁCH KHOA
ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP HӖ CHÍ MINH

CÁN BӜ HѬӞNG DҮN KHOA HӐC: TS. LѬѪNG VĂN HҦI

CÁN BӜ CHҨM NHҰN XÉT 1:

CÁN BӜ CHҨM NHҰN XÉT 2:

Luұn văn thҥc sƭ ÿѭӧc bҧo vӋ tҥi
HӜI ĈӖNG CHҨM BҦO Vӊ LUҰN VĂN THҤC SƬ
TRѬӠNG ĈҤI HӐC BÁCH KHOA,
Ngày . . . . . tháng . . . . năm 2010


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -
TRѬӠNG ĈҤI HӐC BÁCH KHOA
KHOA KӺ THUҰT XÂY DӴNG
----------------

CӜNG HOÀ XÃ HӜI CHӪ NGHIÃ VIӊT NAM
Ĉӝc Lұp - Tӵ Do - Hҥnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 2010

NHIӊM VӨ LUҰN VĂN THҤC SƬ
Hӑ và tên hӑc viên: BÙI PHҤM ĈӬC TѬӠNG

Giӟi tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20/12/1984

Nѫi sinh: Gia Lai

Chuyên ngành: Xây dӵng dân dөng và công nghiӋp
MSHV: 02108500

1- TÊN Ĉӄ TÀI
PHÂN TÍCH KHҦ NĂNG KHÁNG CHҨN CӪA CÔNG TRÌNH SӰ DӨNG CÁC Bӆ
CHӬA TRONG ĈÓ CÓ XÉT ĈӂN SӴ TѬѪNG TÁC GIӲA CHҨT LӒNG VÀ THÀNH
Bӆ
2- NHIӊM VӨ LUҰN VĂN:
Khҧo sát mӝt cách tәng quát các ÿһc trѭng riêng cӫa bӇ chӭa chҩt lӓng, ÿһc biӋt nhҩn mҥnh
ÿӃn sӵ tѭѫng tác giӳa chҩt lӓng và thành bӇ. Qua ÿó, ӭng dөng vào viӋc phân tích khҧ năng
kháng chҩn cӫa công trình sӱ dөng bӇ nѭӟc mái nhѭ thiӃt bӏ cҧn dҥng chҩt lӓng.
3- NGÀY GIAO NHIӊM VӨ: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIӊM VӨ: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5- HӐ VÀ TÊN CÁN BӜ HѬӞNG DҮN: TS. LѬѪNG VĂN HҦI
Nӝi dung và ÿӅ cѭѫng Luұn văn thҥc sƭ ÿã ÿѭӧc Hӝi Ĉӗng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BӜ HѬӞNG DҮN

TS. LѬѪNG VĂN HҦI

TRѬӢNG BAN
QUҦN LÝ CHUYÊN NGÀNH


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

LӠI CҦM ѪN
Ĉҫu tiên, tác giҧ muӕn gӣi lӡi cҧm ѫn chân thành ÿӃn tҩt cҧ các thҫy cô ÿã nhiӋt tình
giҧng dҥy và tҥo ÿiӅu kiӋn nghiên cӭu trong thӡi gian tác giҧ hӑc tұp ӣ chѭѫng trình ÿào tҥo sau
ÿҥi hӑc cӫa Khoa Kӻ Thuұt Xây Dӵng, trѭӡng Ĉҥi Hӑc Bách Khoa Thành Phӕ Hӗ Chí Minh.
Ĉây là mӝt trong nhӳng cѫ hӝi quý báu nhҩt mà tác giҧ tӯng có ÿѭӧc.
Và trên hӃt, tác giҧ mong muӕn bày tӓ lòng biӃt ѫn sâu sҳc ÿӃn thҫy TS. Lѭѫng Văn Hҧi
là ngѭӡi ÿã trӵc tiӃp hѭӟng dүn và ÿi cùng tác giҧ trên toàn bӝ chһng ÿѭӡng vӯa qua ÿӇ tác giҧ có
thӇ hoàn thành ÿѭӧc luұn văn này. Thҫy ÿã tҥo mӑi ÿiӅu kiӋn tӕt nhҩt và nhanh chóng nhҩt giúp

ÿӥ tác giҧ có tӯng tài liӋu tham khҧo cNJng nhѭ uӕn nҳn tӯng câu chӳ. Và trên hӃt thҫy ÿã truyӅn
thө mӝt tinh thҫn hăng say làm viӋc ÿӇ tác giҧ có thӇ tiӃp tөc cӕ gҳng cho nhӳng nghiên cӭu
trong tѭѫng lai.
Cuӕi cùng, tác giҧ muӕn dành cho cha mҽ mình lòng kính trӑng thiӃt tha vì nhӳng gì cha
mҽ ÿã hy sinh dành cho các con. Nhӳng lӡi dҥy bҧo cӫa cha mҽ ÿã làm hành trang cho tác giҧ
bѭӟc vào cuӝc sӕng vӟi nhӳng quyӃt tâm cao nhҩt ÿӇ ÿi ÿӃn ngày hôm nay. Dүu rҵng luұn văn ÿã
ÿѭӧc thӵc hiӋn vӟi tҩt cҧ sӵ nӛ lӵc cӫa bҧn thân cӝng vӟi sӵ giúp ÿӥ cӫa gia ÿình, bҥn bè và ÿӗng
nghiӋp. Nhѭng do kiӃn thӭc còn hҥn chӃ cho nên chҳc chҳn không tránh khӓi nhӳng sai sót hay
khiӃm khuyӃt. Cho nên tác giҧ mong muӕn nhұn ÿѭӧc lӡi góp ý chân thành cӫa tҩt cҧ thҫy cô hay
ÿӝc giҧ ÿӇ luұn văn này có thӇ ÿѭӧc hoàn thiӋn hѫn.


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

TÓM TҲT LUҰN VĂN
ThiӃt kӃ kháng chҩn ÿã và ÿang rҩt ÿѭӧc quan tâm ÿӇ chӕng lҥi ҧnh hѭӣng cӫa gió hay
ÿӝng ÿҩt, nhҩt là ÿӕi vӟi các công trình ngày càng cao tҫng nhѭ hiӋn nay. ThiӃt bӏ kháng chҩn sӱ
dөng chҩt lӓng vӟi nhiӅu ѭu ÿiӇm nhѭ giá thành rҿ, ít tӕn chi phí bҧo trì, dӉ lҳp ÿһt, không chiӃm
không gian sӱ dөng, ӭng dөng ÿѭӧc cho hҫu hӃt các loҥi công trình và nhҩt là có thӇ dùng làm bӇ
chӭa nѭӟc mái ÿã ÿѭӧc áp dөng ӣ nhiӅu nѫi trên thӃ giӟi. Tuy thiӃt bӏ này rҩt phù hӧp vӟi ÿiӅu
kiӋn thӵc tӃ cӫa ViӋt Nam nhѭng hҫu nhѭ chѭa ÿѭӧc ӭng dөng trong các công trình xây dӵng.
Luұn văn này ÿã bѭӟc ÿҫu khҧo sát tәng quát các ÿһc trѭng chính yӃu cӫa thiӃt bӏ kháng
chҩn sӱ dөng chҩt lӓng nhѭ tҫn sӕ tӵ nhiên cӫa chҩt lӓng trong bӇ, biên ÿӝ dao ÿӝng cӫa sóng
chҩt lӓng, sӵ tiêu tán năng lѭӧng và lӵc cҳt ÿáy hình thành trong bӇ. Và qua sӵ so sánh giӳa lý
thuyӃt tính toán bҵng lӡi giҧi giҧi tích vӟi phѭѫng pháp phҫn tӱ hӳu hҥn kӃt hӧp vӟi các nghiên
cӭu trѭӟc ÿây, kӃt quҧ cho thҩy các thông sӕ ÿһc trѭng cӫa thiӃt bӏ kháng chҩn dҥng này hoàn
toàn có thӇ ÿѭӧc ÿiӅu khiӇn khi kӃt cҩu chӏu tҧi trӑng bҩt kǤ.
Sӵ tѭѫng tác giӳa chҩt lӓng và thành bӇ là mӝt trong nhӳng ÿiӇm ÿѭӧc nhҩn mҥnh trong
luұn văn. Các nghiên cӭu trѭӟc ÿây thѭӡng bӓ qua tính chҩt này ÿӇ ÿѫn giҧn trong tính toán bҵng
cách giҧ thiӃt thành bӇ tuyӋt ÿӕi cӭng giúp tiӋn lӧi cho viӋc thiӃt kӃ, tuy nhiên ÿã có nhӳng tác

hҥi không nhӓ xҧy ra trong thӵc tӃ do sӵ tѭѫng tác này. Nhӳng hѭ hӓng kӃt cҩu xuҩt phát tӯ sӵ
ÿѫn giҧn hóa ÿó trӣ thành mөc tiêu ÿӇ tѭѫng tác chҩt lӓng thành bӇ ÿѭӧc khҧo sát trong luұn văn.
Khҧ năng kháng chҩn cӫa công trình có sӱ dөng thiӃt bӏ kháng chҩn bҵng chҩt lӓng khi
chӏu ÿӝng ÿҩt ÿѭӧc phân tích bҵng cách khҧo sát các công trình sӱ dөng bӇ nѭӟc mái nhѭ thiӃt bӏ
kháng chҩn trong ÿó có xét ÿӃn sӵ tѭѫng tác giӳa chҩt lӓng và thành bӇ. KӃt quҧ chӍ ra rҵng
không nhӳng chuyӇn vӏ ÿӍnh, gia tӕc quán tính giҧm ÿi mà cҧ các thành phҫn nӝi lӵc trong công
trình cNJng ÿѭӧc giҧm mӝt cách ÿáng kӇ.


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

MӨC LӨC
1.

TӘNG QUAN

1.1

Giӟi thiӋu vӅ thiӃt bӏ kháng chҩn bҵng chҩt lӓng TLD .................................................1

1.2

Các nghiên cӭu ÿã thӵc hiӋn .........................................................................................5

1.3

Mөc ÿích và hѭӟng nghiên cӭu ...................................................................................19

1.4

Tóm tҳt luұn văn ..........................................................................................................20

2.

NGUYÊN LÝ LÀM VIӊC VÀ CÁC ĈҺC TRѬNG CӪA TLD

2.1

Cѫ chӃ hoҥt ÿӝng cӫa thiӃt bӏ TLD .............................................................................21

2.2

Dao ÿӝng và tҫn sӕ dao ÿӝng tӵ nhiên cӫa sóng chҩt lӓng trong bӇ ...........................23

2.3

Các thông sӕ cҫn phân tích trong tính toán thiӃt kӃ TLD............................................28
2.3.1

Biên ÿӝ dao ÿӝng sóng bӅ mһt cӫa chҩt lӓng ..................................................28

2.3.2

HӋ sӕ cҧn cӫa sóng chҩt lӓng ..........................................................................30

2.3.3

Lӵc cҳt ÿáy bӇ..................................................................................................32

2.4

Phân tích các ÿһc trѭng ÿӝng lӵc hӑc cho chҩt lӓng bҵng phѭѫng pháp sӕ................34

2.5

Nhұn xét.......................................................................................................................45

3.

SӴ TѬѪNG TÁC CHҨT LӒNG THÀNH Bӆ

3.1

Tәng quan vӅ sӵ tѭѫng tác chҩt lӓng và thành bӇ ......................................................46
3.1.1

Sӵ khác nhau giӳa bӇ cӭng và bӇ mӅm ...........................................................47

3.1.2

Ma trұn khӕi lѭӧng phө trӧ..............................................................................50

3.1.3

Các tính chҩt ÿһc trѭng cӫa bӇ chӭa chҩt lӓng dҥng mӅm ..............................52

3.2

Áp dөng phѭѫng pháp PTHH ÿӇ xét tѭѫng tác chҩt lӓng và thành bӇ........................56

3.3

Ҧnh hѭӣng cӫa sӵ tѭѫng tác chҩt lӓng và thành bӇ ÿӃn tҫn sӕ tӵ nhiên chҩt lӓng .....59

3.4

Ҧnh hѭӣng cӫa sӵ tѭѫng tác chҩt lӓng và thành ÿӃn các ÿһc trѭng khác cӫa bӇ ........63


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

3.4.1

Khi bӇ không chӏu ngoҥi lӵc kích ÿӝng...........................................................65

3.4.2

Khi bӇ chӏu ngoҥi lӵc kích thích ÿiӅu hòa .......................................................67

3.4.3

Ҧnh hѭӣng cӫa sӵ tѭѫng tác chҩt lӓng và thành bӇ ÿӃn momen nӝi lӵc ........70

3.4.4

Ҧnh hѭӣng cӫa sӵ tѭѫng tác chҩt lӓng và thành ÿӃn lӵc cҳt ÿáy bӇ ...............72

3.5

Nhұn xét.......................................................................................................................74

4.

KHҦ NĂNG KHÁNG CHҨN CHO CÔNG TRÌNH SӰ DӨNG TLD

4.1

Tәng quan vӅ viӋc sӱ dөng TLD trong thiӃt kӃ kháng chҩn .......................................76

4.2

Các nghiên cӭu ÿã thӵc hiӋn vӅ giҧm chҩn cho nhà cao tҫng .....................................78

4.3

Các phѭѫng pháp sӕ ÿӇ phân tích quá ÿӝ ÿӝng lӵc hӑc kӃt cҩu.................................82
4.3.1

Phѭѫng pháp Runge Krutta .............................................................................83

4.3.2

Phѭѫng pháp Newmark ...................................................................................86

4.3.3

Nhұn xét và các kӃt luұn vӅ phѭѫng pháp sӕ ..................................................88

4.4

Tӕi ѭu các tham sӕ trong thiӃt kӃ thiӃt bӏ TLD ...........................................................89

4.5

Ĉánh giá khҧ năng kháng chҩn cӫa TLD ....................................................................92
4.5.1

Ví dө minh hӑa ................................................................................................94

4.5.2

Ĉáp ӭng dao ÿӝng ÿiӅu hòa cӫa công trình khi không sӱ dөng TLD .............96

4.5.3

Phân tích quá ÿӝ cho khung khi chѭa sӱ dөng thiӃt bӏ kháng chҩn ................97

4.5.4

Ĉáp ӭng dao ÿӝng ÿiӅu hòa cӫa công trình khi có sӱ dөng TLD....................98

4.5.5

Phân tích quá ÿӝ cho khung khi sӱ dөng thiӃt bӏ kháng chҩn TLD ..............102

4.5.6

So sánh nӝi lӵc trong khung khi không sӱ dөng và khi sӱ dөng TLD..........105

4.5.7

Bài toán thiӃt kӃ thiӃt bӏ kháng chҩn TLD.....................................................112

4.6

Nhұn xét.....................................................................................................................115

5.

KӂT LUҰN VÀ HѬӞNG NGHIÊN CӬU TIӂP THEO

iii


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

CHѬѪNG 1
TӘNG QUAN
1.1

Giӟi thiӋu vӅ thiӃt bӏ kháng chҩn sӱ dөng chҩt lӓng
Vҩn ÿӅ thiӃt kӃ kháng chҩn cho nhà cao tҫng ÿѭӧc quan tâm rҩt nhiӅu ӣ các nѭӟc trên thӃ

giӟi trong nhiӅu thұp niên qua. Ӣ ViӋt Nam, vҩn ÿӅ này ngày càng ÿѭӧc các kӻ sѭ cNJng nhѭ nhà
nghiên cӭu chú trӑng nhiӅu hѫn trong nhӳng năm gҫn ÿây. Vì lý do dân sӕ và môi trѭӡng nên sӕ
lѭӧng các công trình cao tҫng ÿã tăng lên rҩt nhiӅu. NӃu nhѭ trѭӟc ÿây ngѭӡi ta chӍ nghƭ tӟi viӋc
làm sao tăng cѭӡng ÿӝ bê tông hay thép ÿӇ thӓa mãn các ÿiӅu kiӋn chӏu lӵc thì xu thӃ trong
nhӳng thұp niên vӯa qua ngѭӡi ta sӱ dөng các vұt liӋu nhҽ hѫn, mҧnh hѫn ÿӇ công trình xây
dӵng ÿѭӧc cao hѫn. Tuy nhiên khi các công trình ngày càng cao mà càng nhҽ ÿi lҥi dүn ÿӃn viӋc
ҧnh hѭӣng cӫa tҧi trӑng ÿӝng tác dөng lên công trình càng tăng cao. Do vұy các thiӃt bӏ nhҵm

giҧm các chҩn ÿӝng nhѭ gió hay ÿӝng ÿҩt cҫn phҧi ÿѭӧc ÿѭa vào sӱ dөng. Và tӯ ÿây ÿã mӣ ra
mӝt chân trӡi nghiên cӭu mӟi ÿáp ӭng cho mөc tiêu ÿiӅu khiӇn dao ÿӝng cӫa kӃt cҩu (Yao,
1972).
Các thiӃt bӏ kháng chҩn hiӋn nay có rҩt nhiӅu loҥi nhѭ thiӃt bӏ cách chҩn ÿáy, thiӃt bӏ
kháng chҩn chӫ ÿӝng, thiӃt bӏ kháng chҩn bӏ ÿӝng, thiӃt bӏ kháng chҩn bán tӵ ÿӝng … (Soong &
Spencer, 2002). ThiӃt bӏ kháng chҩn bҵng chҩt lӓng Tuned Liquid Dampers (TLD) nhѭ ӣ hình
1.1 là mӝt trong nhӳng thiӃt bӏ kháng chҩn dҥng bӏ ÿӝng, tӭc là không cҫn sӱ dөng thêm năng
lѭӧng hay vұt ÿiӅu khiӇn gì trong quá trình hoҥt ÿӝng.


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

Hình 1.1 – Thi͇t b͓ kháng ch̭n b̹ng ch̭t l͗ng d̩ng b͋ chͱa
NӃu so sánh vӟi các thiӃt bӏ kháng chҩn khác thì TLD có mӝt sӕ khía cҥnh ÿһc biӋt chҷng hҥn:
ƒ

Có thӇ kӃt hӧp sӱ dөng thiӃt bӏ TLD làm bӇ nѭӟc sinh hoҥt nhѭ ӣ hình 1.2

ƒ

Tӕn rҩt ít chi phí ÿӇ xây dӵng và bҧo trì so vӟi các thiӃt bӏ khác

ƒ

Không chiӃm nhiӅu không gian sӱ dөng

ƒ

Thѭӡng ÿѭӧc lҳp ÿһt ӣ trên mái nên không làm ҧnh hѭӣng ÿӃn mӻ quan kiӃn trúc

ƒ

Ngoài ra viӋc lҳp ÿһt thiӃt bӏ khá dӉ dàng cho nên TLD ngày càng phә biӃn, ÿһc biӋt do có
thӇ ӭng dөng cho nhiӅu dҥng công trình có kích thѭӟc lӟn nhӓ khác nhau bҵng cách thay
ÿәi kích thѭӟc cӫa bӇ chӭa.

Trong ngành xây dӵng dân dөng thì công trình cao tҫng ÿҫu tiên trên thӃ giӟi ӭng dөng TLD cho
thiӃt kӃ kháng chҩn là One Wall Center ӣ Vancouver, British Columbia (hình 1.3). Công trình có
48 tҫng cùng vӟi 2 bӇ chӭa nѭӟc rҩt ÿһc biӋt, mӛi bӇ có khoҧng 50.000 gal (189.250 L) nѭӟc nҵm
trên tҫng Penthouse cӫa công trình.


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

Hình 1.2 – Tòa nhà One Rincon Hill cao 68 t̯ng là công trình ÿ̯u tiên ͧ Hoa KǤ s͵ dͭng b͋
n˱ͣc sinh ho̩t nh˱ thi͇t b͓ kháng ch̭n
Có nhiӅu cách ÿӇ phân loҥi TLD nhѭng mӝt trong các cách phә biӃn là phân theo cao ÿӝ
mӵc chҩt lӓng. Theo ÿó thiӃt bӏ TLD có thӇ ÿѭӧc phân ra làm hai loҥi chính: (1) mӝt loҥi dùng
mӵc nѭӟc nông và (2) loҥi còn lҥi dùng mӵc nѭӟc sâu. Khi tӹ sӕ chiӅu cao mӵc chҩt lӓng trên bӅ
rӝng bӇ theo phѭѫng kích thích cӫa ngoҥi lӵc nhӓ hѫn 0.15 lҫn thì xem nhѭ bӇ có mӵc nѭӟc nông
và ngѭӧc lҥi là bӇ có mӵc nѭӟc sâu. TLD có mӵc nѭӟc nông sӁ tiêu tán năng lѭӧng thông qua cѫ
chӃ chuyӇn ÿӝng cӫa sóng ӣ bӅ mһt dүn ÿӃn hiӋn tѭӧng sóng vӥ. Ĉӕi vӟi TLD có mӵc nѭӟc sâu
thì các vách ngăn (Baffle) hoһc màn (Screen) thѭӡng ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ ÿiӅu khiӇn dao ÿӝng sóng.
Do vұy sӵ tiêu tán năng lѭӧng trong TLD có mӵc nѭӟc sâu lҥi phө thuӝc vào cѫ chӃ hoҥt ÿӝng
cӫa chҩt lӓng, vӏ trí cӫa vách ngăn, kích thѭӟc và dҥng vách ngăn.


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

Hình 1.3 – Tòa nhà One Wall Center ͧ Vancouver, Canada vͣi TLD

TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

TLD ÿѭӧc hình thành dӵa trên nguyên tҳc là sӵ hҩp thө năng lѭӧng cӫa chҩt lӓng ӣ mһt
thoáng sӁ tҥo ra dao ÿӝng sóng và thay ÿәi ÿһc trѭng ÿӝng lӵc hӑc kӃt cҩu mөc tiêu tҥo ra cӝng
hѭӣng ÿӇ tiêu tán năng lѭӧng kích ÿӝng vào công trình (Fujino et al., 1988). Ngoài ra sӵ tiêu tán
năng lѭӧng trong kӃt cҩu còn thông qua các cѫ chӃ khác là: tiêu tán năng lѭӧng do tính nhӟt cӫa
chҩt lӓng, tiêu tán năng lѭӧng do sóng vӥ, do tѭѫng tác chҩt lӓng – thành bӇ, do ÿӝ nhám ÿáy bӇ
và do cҧ dҥng hình hӑc cӫa bӇ. Các tính chҩt cӫa TLD sӱ dөng mӵc nѭӟc nông là:
ƒ

ChiӅu cao chҩt lӓng trong bӇ thҩp ÿӇ ÿҥt ÿѭӧc sӭc cҧn lӟn và tҫn sӕ tӵ nhiên vӯa ÿӫ nhӓ
ÿӇ phөc vө cho ngành xây dӵng dân dөng ӣ lƭnh vӵc ÿiӅu khiӇn dao ÿӝng. Tuy nhiên vì
chiӅu cao chҩt lӓng trong thiӃt bӏ kháng chҩn TLD thҩp nên chҩt lӓng có tính chҩt ӭng xӱ
phi tuyӃn mҥnh mӁ, dүn ÿӃn các lý thuyӃt phân tích tuyӃn tính không còn áp dөng ÿѭӧc
nӳa, gây rҩt nhiӅu khó khăn trong viӋc tìm ra lӡi giҧi nhҵm tiên lѭӧng chính xác chuyӇn
vӏ cӫa chҩt lӓng ÿһc biӋt là ӣ mһt thoáng.

ƒ

Sӭc cҧn thông qua dao ÿӝng cӫa sóng là thông sӕ ҧnh hѭӣng rҩt nhiӅu ÿӃn viӋc thiӃt kӃ
mӝt TLD, vì vұy ÿây là thông sӕ cҫn ÿѭӧc ÿҫu tѭ xem xét cҭn thұn.

ƒ

HiӋn tѭӧng sóng vӥ có thӇ xuҩt hiӋn trong quá trình dao ÿӝng khi biên ÿӝ dao ÿӝng cӫa
sóng lӟn. Sӵ tiêu tán năng lѭӧng thông qua hiӋn tѭӧng này ÿѭӧc khҷng ÿӏnh bҵng thӵc
nghiӋm là không nhӓ nhѭng mô hình toán cho sóng vӥ còn nhiӅu bҩt cұp nên phҧi ÿѭӧc
ÿҫu tѭ nghiên cӭu thêm.

1.2 Các nghiên cӭu ÿã thӵc hiӋn vӟi TLD
ThiӃt bӏ kháng chҩn sӱ dөng chҩt lӓng thѭӡng sӱ dөng nhiӅu nhҩt trong hai lƭnh vӵc là:
hàng hҧi và xây dӵng. Mһc dҫu ÿѭӧc nghiên cӭu bҵng lý thuyӃt vào nhӳng năm 30 cӫa thӃ kӹ
trѭӟc nhѭng trong thӵc tӃ thì thiӃt bӏ dҥng này ÿã ÿѭӧc sӱ dөng rҩt sӟm tӯ nhӳng năm 1800. Mөc


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

ÿích cӫa viӋc sӱ dөng TLD khi ÿó là dùng ÿӇ khӕng chӃ dao ÿӝng cӫa tàu bè bҵng hai bӗn nѭӟc
liên thông vӟi nhau và có tҫn sӕ dao ÿӝng gҫn vӟi tҫn sӕ dao ÿӝng cѫ bҧn cӫa tàu (hình 1.4).

Hình 1.4 –Thi͇t b͓ s͵ dͭng nguyên t̷c kháng ch̭n b̹ng ch̭t l͗ng dùng cho tàu bè
Còn trong ӭng dөng cho ngành xây dӵng dân dөng thì TLD ÿѭӧc ÿӅ xuҩt ÿҫu tiên bӣi Kareem và
Sun (1987) và Modi et al. (1987). Phҫn này trình bày vӅ ba hѭӟng nghiên cӭu chính thѭӡng ÿѭӧc
thӵc hiӋn ÿӕi vӟi viӋc nghiên cӭu thiӃt bӏ kháng chҩn sӱ dөng chҩt lӓng là:
ƒ

Phân tích ӭng xӱ cӫa sóng chҩt lӓng bên trong bӇ chӭa.

ƒ

Tѭѫng tác cӫa sóng chҩt lӓng và thành bӇ.

ƒ

Ӭng dөng cӫa thiӃt bӏ TLD trong giҧm chҩn công trình cao tҫng.

1.2.1

Phân tích ӭng xӱ cӫa sóng chҩt lӓng bên trong bӇ chӭa
Dao ÿӝng sóng ÿѭӧc hình thành khi có ngoҥi lӵc tác dөng vào và làm cho chҩt lӓng mҩt

әn ÿӏnh dүn ÿӃn dao ÿӝng, tӯ ÿó kéo theo sӵ thay ÿәi các ÿһc trѭng ÿӝng lӵc hӑc cӫa hӋ. NӃu nhѭ
có thӇ khӕng chӃ ÿѭӧc biên ÿӝ cNJng nhѭ tҫn sӕ cӫa sóng thì әn ÿӏnh cӫa kӃt cҩu xem nhѭ ÿѭӧc
ÿiӅu khiӇn. Vì vұy có thӇ xem sóng chҩt lӓng trong bӇ là thông sӕ quan trӑng nhҩt khi nghiên cӭu


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

vӅ TLD, do ÿó thông sӕ này ÿѭӧc ÿҫu tѭ xem xét rҩt nhiӅu. Các nhà khoa hӑc phát triӇn ba
hѭӟng nghiên cӭu chính vӅ phân tích chuyӇn ÿӝng cӫa chҩt lӓng trong bӇ là hѭӟng phân tích kiӇu
Lagrangian, phân tích kiӇu Eulerian hoһc kӃt hӧp cҧ hai hѭӟng trên.
1.2.1.1 Phân tích chuyӇn ÿӝng chҩt lӓng bҵng phѭѫng pháp Eulerian
Phѭѫng pháp Eulerian ÿѭӧc sӱ dөng nhiӅu nhҩt trong phân tích chuyӇn ÿӝng cӫa chҩt
lӓng nhӡ thuұn lӧi cӫa phѭѫng pháp này là biӃn dҥng lӟn ÿѭӧc kiӇm soát dӉ dàng nhѭng lҥi làm
cho khӕi lѭӧng phѭѫng trình cҫn giҧi tăng lên nhiӅu hѫn do viӋc tҥo lҥi lѭӟi phҫn tӱ sau mӛi
bѭӟc thӡi gian tính toán ÿӇ ÿҥt ÿѭӧc ÿӝ chính xác cho phép. Thông thѭӡng trong phѭѫng pháp
Eulerian thì biӃn cҫn tìm là áp suҩt ӣ nút cӫa chҩt lӓng (Zienkiewicz et al., 1983). Phѭѫng pháp
Eulerian ÿӅ nghӏ bӣi Zienkiewicz và Bettess, (1978) sӱ dөng áp suҩt làm biӃn cҫn tìm sau khi
phân tích dүn ÿӃn viӋc giҧi quyӃt mӝt chuӛi các ma trұn không ÿӕi xӭng, làm cho viӋc giҧi
phѭѫng trình không ÿѫn giҧn. Trong khi ÿó, Olson và Bath (1985) thì lҥi xem thӃ vұn tӕc nhѭ
biӃn cҫn tìm còn áp suҩt thӫy ÿӝng là biӃn phө trong miӅn chҩt lӓng và ÿѭa bài toán vӅ dҥng ma
trұn ÿӕi xӭng, giúp giҧi quyӃt phѭѫng trình dӉ hѫn nhiӅu, ngay cҧ khi sӕ ҭn sӕ trong bài toán là
lӟn.
Bҵng cách giҧ thiӃt chҩt lӓng không nén ÿѭӧc, không nhӟt, không xoay, Aslam (1981) sӱ
dөng phѭѫng pháp thӃ vұn tӕc (lҩy vұn tӕc làm ҭn) ÿӇ phân tích sóng chҩt lӓng khi công trình
chӏu ÿӝng ÿҩt trong bӇ chӭa tuyӋt ÿӕi cӭng có dҥng ÿӕi xӭng trө. Trong nghiên cӭu ÿó, Aslam ÿã
ÿѭa vӅ còn mӝt ҭn sӕ duy nhҩt và khó khăn chính trong bài toán này là viӋc phҧi giҧi quyӃt vҩn
ÿӅ phi tuyӃn cӫa sóng ӣ mһt thoáng chҩt lӓng. Aslam ÿã lӵa chӑn phѭѫng pháp Eulerian và ÿѫn

giҧn hóa bҵng cách bӓ qua các mode bұc cao, tuy nhiên cách này chӍ có thӇ áp dөng cho sóng
chҩt lӓng có biên ÿӝ không lӟn. Ma trұn tѭѫng tác trong ÿó tӗn tҥi ÿҥo hàm theo thӡi gian cӫa
vұn tӕc chҩt lӓng và chuyӇn vӏ kӃt cҩu ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ mô phӓng ӭng xӱ tҥi mһt tѭѫng tác chҩt


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

lӓng – thành bӇ. Phѭѫng pháp cӫa Aslam ÿѭӧc mӣ rӝng bӣi Babu và Bhattacharyya (1996) ÿӇ
xem xét ҧnh hѭӣng tѭѫng tác chҩt lӓng và thành bӇ trong quá trình dao ÿӝng cӫa sóng. Phѭѫng
pháp lһp ÿѭӧc ÿӅ xuҩt ÿӇ tính toán chuyӇn vӏ cӫa sóng chҩt lӓng do ngoҥi lӵc tác ÿӝng và chuyӇn
vӏ cӫa bӇ do áp suҩt chҩt lӓng gây ra. Theo hѭӟng tiӃp cұn khác, Kock và Olson (1991) ÿӅ xuҩt
phѭѫng pháp thӃ vұn tӕc phi tuyӃn vӟi khӕi lѭӧng thu gӑn ÿӇ tính toán chuyӇn vӏ cӫa chҩt lӓng.
Mһc dù nghiên cӭu này có nói ÿӃn khҧ năng ӭng dөng rӝng rãi cӫa phѭѫng pháp, nhѭng ví dө
minh hӑa chӍ mӟi giӟi hҥn cho trѭӡng hӧp chuyӇn vӏ biên chҩt lӓng là ÿӫ nhӓ.
1.2.1.2 Phân tích chuyӇn ÿӝng chҩt lӓng bҵng phѭѫng pháp Lagrangian
Bҵng cách sӱ dөng chuyӇn vӏ nhѭ biӃn cҫn tìm, phѭѫng pháp Lagrangian cho thҩy sӵ mô
tҧ rõ ràng hѫn cho mһt tѭѫng tác và giҧi quyӃt vҩn ÿӅ dòng chҧy chi tiӃt hѫn. Thuұn lӧi lӟn cӫa
phѭѫng pháp Lagrangian so vӟi Eulerian là khҧ năng tѭѫng thích vӟi các phҫn mӅm ÿѭӧc xây
dӵng trên nӅn tҧng phѭѫng pháp PTHH bӣi vì hҫu hӃt các phҫn mӅm ӭng dөng phѭѫng pháp
PTHH ÿӅu lҩy chuyӇn vӏ làm ҭn sӕ. Nhѭng vҩn ÿӅ cӫa phѭѫng pháp Lagrangian là sai sӕ cӫa bài
toán sӁ rҩt lӟn khi lѭӟi phҫn tӱ tҥo ra không tӕt. Trong các hѭӟng tiӃp cұn trѭӟc ÿây, Hunt (1970
và 1971) ÿã ÿӅ cұp ÿӃn lý thuyӃt phҫn tӱ chҩt lӓng sӱ dөng tính chҩt vұt lý kӃt hӧp trӵc quan ÿӇ
phân tích ҧnh hѭӣng cӫa sóng chҩt lӓng và sӭc căng bӅ mһt (structural theory of fluid using
physical reasoning and intuition to account for the effect of sloshing, surface tension) (Cook et
al., 1973). Trong phѭѫng pháp cӫa Hunt, tính chҩt không nén ÿѭӧc cӫa chҩt lӓng ÿã ÿѭӧc sӱ
dөng ÿӇ thiӃt lұp các ÿiӅu kiӋn ràng buӝc nhҵm loҥi trӯ mӝt sӕ các biӃn không cҫn thiӃt. Hunt chӍ
ra rҵng mӝt sӕ kӃt quҧ tҫn sӕ là bҵng zero, và khi sóng chҩt lӓng ÿѭӧc kӇ thêm vào tính toán thì
sӕ tҫn sӕ bҵng zero sӁ bӏ giҧm ÿi.
Trên cѫ bҧn, phҫn tӱ chҩt lӓng trong phѭѫng pháp PTHH theo mô hình chuyӇn vӏ
(Displacement – based formulation) là loҥi phҫn tӱ ÿàn hӗi liên tөc có moÿun kháng cҳt bҵng

TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

zero và có tính chҩt không nén ÿѭӧc (Zienkwick, 1978). Trong bài toán phân tích ÿӝng lӵc sӱ
dөng hàm dҥng, loҥi phҫn tӱ này có năng lѭӧng chuyӇn vӏ là bҵng zero do module kháng cҳt cӫa
chҩt lӓng bҵng “không”. Các hàm dҥng nhѭ vұy có thӇ ÿѭӧc loҥi trӯ bҵng cách ràng buӝc phҫn tӱ
chҩt lӓng không có chuyӇn vӏ xoay (Zienkiewickz và Bettess, 1978). Dӵa trên ÿӏnh lý Hamilton,
Debongie (1986) ÿã thiӃt lұp mӝt sӕ phѭѫng trình vӅ dao ÿӝng bao gӗm cҧ chuyӇn ÿӝng cӫa sóng
chҩt lӓng lүn rung ÿӝng âm hӑc. Tuy nhiên, các phѭѫng trình này chӍ có thӇ ӭng dөng trong
trѭӡng hӧp sóng chҩt lӓng tuyӃn tính và không xét ÿӃn ӭng xӱ phi tuyӃn cӫa phҫn tӱ. Ĉӕi vӟi các
phҫn tӱ chҩt lӓng có chuyӇn vӏ lӟn thì Bathe và Hahn, 1979 ÿӅ xuҩt phѭѫng pháp Updated
Lagrangian ÿӇ phát triӇn các phҫn tӱ ÿҷng tham sӕ 2D và 3D vӟi sӕ nút khác nhau bҵng cách sӱ
dөng lý thuyӃt vӅ khӕi lѭӧng chҩt lӓng dҥng thu gӑn. Trong phѭѫng pháp ÿó Bathe có chӍ ra rҵng
khi sóng chҩt lӓng có biên ÿӝ dao ÿӝng lӟn thì viӋc tҥo lѭӟi phҫn tӱ có thӇ bӏ ҧnh hѭӣng không
tӕt và dүn ÿӃn giҧm mӭc ÿӝ chính xác cӫa bài toán. ViӋc cұp nhұt lѭӟi phҫn tӱ ÿã không ÿѭӧc xét
ÿӃn khi nghiên cӭu tұp trung vào viӋc phân tích quá ÿӝ cho chҩt lӓng phi tuyӃn trong ӕng.
Mӝt khuynh hѭӟng khác cӫa phѭѫng pháp phân tích theo Lagrangian là viӋc xem vұn tӕc
ӣ nút nhѭ biӃn cҫn tìm (Johnson, 1979; Bach và Hassager, 1985) kӃt hӧp phѭѫng pháp hiӋu chӍnh
vұn tӕc (Kawahara và Anjyu, 1988; Okamoto và Kawahara, 1990). KӃt quҧ cӫa hӑ cho thҩy
chuyӇn ÿӝng sóng chҩt lӓng vӟi biên ÿӝ lӟn có thӇ ÿѭӧc phân tích bҵng phѭѫng pháp này. Tuy
nhiên, cách này có khó khăn là không kӃt hӧp ÿѭӧc vӟi các phҫn mӅm viӃt trên cѫ sӣ phѭѫng
pháp PTHH.
1.2.1.3 Phân tích chuyӇn ÿӝng chҩt lӓng bҵng cách kӃt hӧp cҧ hai phѭѫng pháp
Cҧ hai phѭѫng pháp Lagrangian hay Eulerian ÿӅu có nhӳng thuұn lӧi và nhӳng bҩt lӧi
riêng, hoһc là khӕi lѭӧng tính toán quá lӟn hoһc lӡi giҧi kém chính xác do hҥn chӃ vӅ mô hình
toán. Cho nên mӝt phѭѫng pháp mӟi ÿѭӧc ra ÿӡi là phѭѫng pháp kӃt hӧp Eulerian – Lagrangian


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

có tên gӑi Arbitrary Lagrangian – Eulerian (ALE) nhҵm tұn dөng ÿѭӧc ѭu ÿiӇm cӫa cҧ 2 phѭѫng
pháp Lagrangian và Eulerian. Phѭѫng pháp này ÿѭӧc Hughes et al. giӟi thiӋu lҫn ÿҫu năm 1981
và giҧi quyӃt vҩn ÿӅ dao ÿӝng sóng chҩt lӓng bҵng phѭѫng pháp PTHH trên giҧ thiӃt chҩt lӓng
nhӟt và không nén ÿѭӧc dӵa trên nӅn tҧng tӯ phѭѫng pháp Eulerian cӫa chính Hughes ÿӅ xuҩt
năm 1978. Trong phѭѫng pháp ALE, ÿӕi vӟi viӋc cұp nhұt lҥi lѭӟi phҫn tӱ, bên cҥnh miӅn không
gian và miӅn vұt liӋu, Hughes còn giӟi thiӋu thêm miӅn tham chiӃu ÿѭӧc thành lұp bҵng cách áp
dөng hàm ánh xҥ. Khi lӵa chӑn ÿúng miӅn tham chiӃu và hàm ánh xҥ, viӋc mô tҧ tính chҩt ÿӝng
hӑc cӫa mһt thoáng chҩt lӓng và vҩn ÿӅ tѭѫng tác cӫa Chҩt Lӓng – Thành bӇ sӁ ÿѭӧc giҧi quyӃt
thӓa ÿáng. Hàm nӝi suy tuyӃn tính trong phѭѫng pháp Eulerian trӣ thành phi tuyӃn trong phѭѫng
pháp ALE. Do ÿó, khӕi lѭӧng tính toán bӏ tăng lên rҩt nhiӅu.
Phѭѫng pháp ALE sau này ÿѭӧc mӣ rӝng bӣi Belytschko và Flanagan (1982) cho phân
tích quá ÿӝ chҩt lӓng dӵa trên lý thuyӃt dòng chҧy nhӟt và nén ÿѭӧc. Các nghiên cӭu trѭӟc ÿây
sӱ dөng thuұt ngӳ “Quasi Eulerian” ÿӇ nhҩn mҥnh rҵng cҩu trúc cӫa phѭѫng trình chӫ ÿҥo dao
ÿӝng chҩt lӓng tѭѫng tӵ nhѭ phѭѫng pháp Eulerian. Và ÿӇ giҧm lҥi khӕi lѭӧng tính toán do vҩn
ÿӅ phi tuyӃn ÿã ÿӅ cұp ӣ trên thì hai tác giҧ ÿã áp dөng thuұt toán tích phân cҫu mӝt ÿiӇm, tuy
nhiên vҩn ÿӅ viӋc tҥo lѭӟi phҫn tӱ vүn chѭa giҧi quyӃt triӋt ÿӇ. Liu và Ma, (1982) trình bày vӅ
ӭng dөng cӫa phѭѫng pháp ALE trong viӋc khҧo sát chuyӇn vӏ và ӭng xӱ ÿӝng lӵc cӫa chҩt lӓng
trong bӇ chӭa chӳ nhұt. Trong phѭѫng pháp này, áp suҩt chѭa biӃt cӫa chҩt lӓng nhӟt ÿѭӧc loҥi
bӓ nhӡ giҧ thiӃt không nén ÿѭӧc cӫa chҩt lӓng.
Ӭng dөng ÿѭӧc cho là thành công nhҩt cӫa phѭѫng pháp ALE trong phân tích dao ÿӝng
sóng chҩt lӓng vӟi biên ÿӝ lӟn ÿѭӧc thiӃt lұp bӣi Huerta và Liu năm 1988. Trong nghiên cӭu cӫa
hӑ, phѭѫng pháp kӃt hӧp áp suҩt – vұn tӕc cӝng thêm phѭѫng pháp dòng chҧy tҫng ÿӇ cұp nhұt
lѭӟi phҫn tӱ có thӇ dùng mô phӓng mһt thoáng chҩt lӓng và sóng bӅ mһt vӟi biên ÿӝ lӟn.


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

Vҩn ÿӅ chính yӃu trong phѭѫng pháp ALE là làm cách nào ÿӇ tìm ÿѭӧc thuұt toán thích
hӧp ÿӇ miêu tҧ chuyӇn ÿӝng khác nhau cӫa miӅn tham chiӃu, trong khi ÿó sӵ tҥo lѭӟi phҫn tӱ

ÿѭӧc hình thành liên tөc nhҵm mô phӓng chính xác chuyӇn ÿӝng bӅ mһt và ÿӇ duy trì thѭӡng
xuyên biӃn dҥng cӫa phҫn tӱ chҩt lӓng. Housner (1967) ÿӅ nghӏ phân bӇ chӭa hình trө tròn ra làm
2 loҥi là bӇ dҥng thҩp và bӇ dҥng cao, bӇ dҥng thҩp có H f / R d 0.15 còn bӇ dҥng cao có

H f / R ! 0.15 , trong ÿó H f là chiӅu cao cӫa mӵc chҩt lӓng trong bӇ và R là bán kính cӫa bӇ
chӭa. Vӟi loҥi bӇ cao thì Housner xem nhѭ chӍ có 0.15R phҫn chҩt lӓng bên dѭӟi là dao ÿӝng
ÿӗng thӡi vӟi bӇ còn phҫn bên trên thì xem nhѭ là dao ÿӝng riêng biӋt. Bҵng cách sӱ dөng các
nghiên cӭu cӫa Housner thì Epstein (1976) ÿã vӁ ra ÿѭӡng cong thiӃt kӃ ÿӇ ѭӟc lѭӧng biӃn dҥng
và momen cӵc ÿҥi cho bӇ dҥng trө tròn và dҥng chӳ nhұt. Housner (1967) hay Epstein (1976) ÿӅu
dӵa trên giҧ thuyӃt là bӇ chӭa tuyӋt ÿӕi cӭng và tѭѫng tác cӫa chҩt lӓng – thành ÿѭӧc bӓ qua.
Tuy nhiên, chҩt lӓng trong bӇ ӭng xӱ phӭc tҥp hѫn rҩt nhiӅu, nên nӃu xem thành bӇ là tuyӋt ÿӕi
cӭng thì các kӻ sѭ ÿã thiӃt kӃ bӇ không an toàn và ÿһc biӋt là khi hiӋn tѭӧng cӝng hѭӣng xҧy ra.
Các nghiên cӭu ÿѭӧc phát triӇn tiӃp vӟi sӵ tұp trung vӅ vҩn ÿӅ kích thѭӟc cNJng nhѭ hình
dҥng bӇ. Sayar và Baumganter (1982) ÿã trình bày các nghiên cӭu cho cҧ sóng chҩt lӓng dao
ÿӝng tuyӃn tính lүn phi tuyӃn cho bӇ chӭa hình tròn dӵa trên mô hình Con Lҳc (Pendulum
Model) ÿѭӧc ÿӅ xuҩt bӣi chính hӑ năm 1981. Bauer (1984) giӟi thiӋu mô hình TLD mӟi cho bӇ
chӭa chӳ nhұt vӟi mô hình tҧi trӑng dҥng lò xo dӵa trên giҧ thiӃt bӇ chӭa dài vô hҥn. Modi và các
ÿӗng nghiӋp (1987 và 1989) thӵc hiӋn mӝt chuӛi các thí nghiӋm và nghiên cӭu bҵng phѭѫng
pháp giҧi tích vӅ “thiӃt bӏ kháng chҩn tӵ nhiên” vӟi các bӇ chӭa hình vành khuyên chӏu tҧi trӑng
ÿӝng. Hӑ ÿã khҧo sát cѫ chӃ tiêu tán năng lѭӧng cӫa thiӃt bӏ kháng chҩn dҥng này bҵng cách sӱ
dөng lý thuyӃt vӅ hàm thӃ vұn tӕc phi tuyӃn kӃt hӧp vӟi viӋc hiӋu chӍnh ÿiӅu kiӋn biên. Và tӯ


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

nghiên cӭu trên, các kӻ sѭ ÿã ӭng dөng cho 2 công trình sân bay Haneda và Narita, Nhұt Bҧn
(1991).
Sau ÿó Kwok và Samali (1990) khҧo sát ҧnh hѭӣng cӫa thiӃt bӏ kháng chҩn bҵng cӝt chҩt
lӓng (TLCD) ÿѭӧc ÿӅ xuҩt bӣi Sakai cNJng nhѭ Kareem năm 1989 và kӃt hӧp vӟi thiӃt bӏ kháng
chҩn bҵng khӕi lѭӧng (TMD) nhѭ truyӅn thӕng. KӃt quҧ là mӝt mô hình mӟi và hiӋu quҧ hѫn có

tên gӑi thiӃt bӏ kháng chҩn bҵng khӕi lѭӧng dҥng cӝt chҩt lӓng (TLCMD) ÿѭӧc ra ÿӡi bҵng phân
tích dao ÿӝng tӵ do cӫa thiӃt bӏ. Ӣ Nhұt Bҧn, Fujino et al. (1988) nghiên cӭu TLD sӱ dөng mӵc
nѭӟc nông và mô hình toán hӑc ÿã ÿѭӧc Sun Limin (1992) giҧi quyӃt triӋt ÿӇ và cho kӃt quҧ rҩt
tӕt so vӟi các thí nghiӋm bҵng bàn lҳc tiӃn hành bӣi Sun. KӃt quҧ thí nghiӋm gҫn nhѭ trùng vӟi
kӃt quҧ tính toán bҵng lý thuyӃt. Phѭѫng pháp cӫa Sun LM là phѭѫng pháp bán giҧi tích (Semianalytical) có tên gӑi là SOLA-VOF ÿã mô phӓng ÿѭӧc tính chҩt phi tuyӃn cӫa chҩt lӓng trong
bӇ nhѭng vӟi mô hình này thì vҩn ÿӅ sóng vӥ vүn chѭa ÿѭӧc giҧi quyӃt thӓa ÿáng. Sun Limin
(1992) ÿã không tiên lѭӧng ÿѭӧc hiӋn tѭӧng sóng vӥ xҧy ra khi nào nhѭng bҵng cách ÿѭa vào
trong mô hình hai hӋ sӕ phө và chӍ ra rҵng khi hiӋn tѭӧng sóng vӥ xҧy ra thì kӃt cҩu vүn làm viӋc
an toàn.
Các nhà nghiên cӭu khác cNJng có nhӳng cách tiӃp cұn riêng nhҵm tránh viӋc quan niӋm là
bӇ tuyӋt ÿӕi cӭng, chҷng hҥn Veletsos và Yang (1974, 1976 và 1977) ÿã giҧ thiӃt rҵng trong quá
trình sóng nѭӟc dao ÿӝng bên trong bӇ thì bӇ sӁ có 1 chuyӇn vӏ nhҩt ÿӏnh nào ÿó. Yang (1976)
tәng hӧp lҥi các nghiên cӭu vӅ lӵc thӫy ÿӝng hình thành bên trong bӇ khi cho kӃt cҩu chӏu tҧi
trӑng kích ÿӝng theo phѭѫng ngang. ĈiӅu kiӋn biên cho miӅn chҩt lӓng cNJng ÿѭӧc nghiên cӭu lҥi
bӣi Veletsos (1974) trên cѫ sӣ cӫa Jacobsen (1949). Trong nghiên cӭu ÿó, Veletsos xem nhѭ vұn
tӕc cӫa chҩt lӓng ӣ mһt tѭѫng tác là bҵng vұn tӕc chuyӇn ÿӝng cӫa thành bӇ và ÿó là cѫ sӣ cho
bài toán nghiên cӭu ҧnh hѭӣng trѭӡng cһp ÿôi (Coupling effect) cӫa BӇ Chӭa – KӃt Cҩu và lӵc


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

thӫy ÿӝng không còn là giӕng nhѭ giҧ thiӃt bҵng khӕi lѭӧng nhân vӟi gia tӕc chuyӇn ÿӝng nӅn.
Nghiên cӭu này ÿѭӧc chính Veletsos và Tang (1987) giҧi quyӃt cho cҧ hai loҥi bӇ chӭa xem nhѭ
tuyӋt ÿӕi cӭng lүn bӇ chӭa dҥng mӅm.
Năm 1997, Jin Kyu Yu ÿã giҧi quyӃt vҩn ÿӅ phi tuyӃn cӫa sóng chҩt lӓng trong bӇ chӭa
bҵng cách xây dӵng mô hình lý thuyӃt ÿi tӯ thӵc nghiӋm và ÿѭa ra 2 phѭѫng pháp là Nonlinear
Stiffness Method (Phѭѫng pháp ÿӝ cӭng phi tuyӃn) và Random Choice Method (Phѭѫng pháp
chӑn ngүu nhiên) ÿӇ xét hӃt các khía cҥnh tính chҩt phi tuyӃn cӫa sóng chҩt lӓng trong bӇ chӭa.
1.2.2

Các nghiên cӭu vӅ sӵ tѭѫng tác giӳa chҩt lӓng – thành bӇ

Hҫu hӃt các nghiên cӭu trѭӟc thұp niên 1980 chӫ yӃu tұp trung vào viӋc phân tích ÿӝng
lӵc cӫa sóng chҩt lӓng sao cho cung cҩp cho kӻ sѭ mӝt công cө ÿѫn giҧn nhѭng ÿӫ ÿӝ chính xác
ÿӇ thiӃt kӃ bӇ chӭa. Bҵng cách giҧ thiӃt rҵng bӇ chӭa chҩt lӓng là tuyӋt ÿӕi cӭng, chҩt lӓng bên
trong ÿѭӧc xem nhѭ dao ÿӝng ÿӗng thӡi vӟi bӇ và bӓ qua ҧnh hѭӣng ÿѭӧc tҥo ra do sӵ tѭѫng tác
cӫa Chҩt lӓng – Thành cho nên sѫ ÿӗ tính rҩt ÿѫn giҧn nhҵm tiӋn cho viӋc thiӃt kӃ nhanh chóng
các bӇ chӭa nѭӟc hay xăng dҫu vào thӡi ÿiӇm ÿó (Housner, 1967). Tuy nhiên, sau này do các hѭ
hӓng cӫa bӇ khi công trình trҧi qua ÿӝng ÿҩt ÿã làm ÿӝng lӵc thúc ÿҭy các kӻ sѭ thiӃt kӃ và các
nhà nghiên cӭu phҧi xem xét lҥi các giҧ thiӃt trѭӟc ÿây. Bӣi vì, khi dao ÿӝng trong bӇ, chҩt lӓng
không dao ÿӝng ÿӗng thӡi vӟi bӇ mà toàn bӝ phҫn chҩt lӓng ÿѭӧc chia ra làm hai phҫn, phҫn chҩt
lӓng bên dѭӟi thì dao ÿӝng ÿӗng thӡi vӟi bӇ còn phҫn bên trên dao ÿӝng tách rӡi so vӟi bên dѭӟi
và phҫn ÿó ÿѭӧc gӑi là “sóng chҩt lӓng bӅ mһt” (Sloshing), phҫn sóng chҩt lӓng bӅ mһt này dao
ÿӝng không nhӳng không ÿӗng thӡi vӟi phҫn chҩt lӓng bên dѭӟi mà còn gây ra tѭѫng tác giӳa
chҩt lӓng – thành bӇ dүn ÿӃn sӵ thay ÿәi ÿһc trѭng ÿӝng lӵc cӫa bӇ và ngoài ra còn tiêu tán mӝt
phҫn năng lѭӧng kích thích thông qua sӵ tѭѫng tác này.


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

Sun et al. (1992) thiӃt lұp mô hình toán cho phân tích TLD vӟi bӇ chӭa chҩt lӓng có mӵc
nѭӟc nông và có xét ÿӃn khҧ năng xuҩt hiӋn cӫa hiӋn tѭӧng sóng vӥ bҵng cách ÿѭa thêm vào 2
thông sӕ xác ÿӏnh tӯ thí nghiӋm bàn lҳc và có kӇ ÿӃn ҧnh hѭӣng cӫa tѭѫng tác chҩt lӓng – thành
bӇ. Nghiên cӭu vӅ sӵ tѭѫng tác giӳa chҩt lӓng – thành bӇ ÿѭӧc nghiên cӭu bӣi Chaiseri et al.,
1989 dӵa trên các nghiên cӭu trѭӟc ÿó cӫa Fujino và Sun LM, 1988 vӅ mô hình toán hӑc. Trong
nghiên cӭu cӫa Chaiseri thì TLD ÿѭӧc gҳn vào công trình và chӏu tҧi trӑng tác ÿӝng ÿiӅu hòa, các
thӵc nghiӋm ÿѭӧc tiӃn hành lҥi ÿӇ xác ÿӏnh tính hiӋu quҧ cӫa TLD cNJng nhѭ ҧnh hѭӣng cӫa
tѭѫng tác chҩt lӓng – thành bӇ ÿӃn các ÿһc trѭng ÿӝng lӵc cӫa hӋ.
Nhӡ sӵ phát triӇn ngày càng mҥnh cӫa công nghӋ máy tính, phѭѫng pháp sӕ ÿѭӧc ӭng
dөng nhiӅu hѫn ÿӇ giҧi các bài toán trong kӻ thuұt. Phѭѫng pháp PTHH (Phҫn tӱ hӳu hҥn) trӣ

nên vô cùng mҥnh mӁ nhӡ công nghӋ máy tính và ngày càng nhiӅu các công trình nghiên cӭu vӅ
TLD bҵng phѭѫng pháp PTHH ÿѭӧc ra ÿӡi, vҩn ÿӅ tѭѫng tác chҩt lӓng và thành bӇ ÿѭӧc mô
phӓng dӉ dàng hѫn tuy nhiên hiӋn tѭӧng này vүn cҫn ÿѭӧc xem xét kӻ hѫn nӳa ÿӇ có thӇ ӭng
dөng trong áp dөng thӵc tӃ.
Swaroop K.Yalla và Ahsan Kareem, 2001 ÿã có thêm nhӳng nghiên cӭu mӟi vӅ cách tiӃp
cұn hiӋn tѭӧng này thông qua ma trұn khӕi lѭӧng cӫa hӋ liên hӧp kӃt cҩu – chҩt lӓng. Và mӝt kӃt
luұn khá thú vӏ ÿã ÿѭӧc rút ra là khi sӭc cҧn cӫa TLD ÿҥt ÿӃn 1 ngѭӥng nào ÿó thì hiӋn tѭӧng
tѭѫng tác này không còn tӗn tҥi nӳa vì sӵ hӧp nhҩt tҫn sӕ cӫa chҩt lӓng và kӃt cҩu thành tҫn sӕ
chung duy nhҩt. Gҫn ÿây nhҩt ӣ hӝi nghӏ quӕc tӃ lҫn thӭ 4 vӅ ÿӝng ÿҩt tә chӭc ӣ Ĉài Bҳc, Ĉài
Loan ngày 12-13 tháng 10 năm 2006, Hanjun và Li Yingmin ÿã dùng phҫn mӅm ADINA ÿӇ mô
phӓng công trình có sӱ dөng TLD chӏu ÿӝng ÿҩt. Tѭѫng tác cӫa chҩt lӓng thành bӇ cNJng ÿѭӧc
gán vào thông qua các ÿiӅu kiӋn biên sҹn có. KӃt quҧ là hӑ rút ra ÿѭӧc các kӃt luұn vӅ sӵ tѭѫng


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

quan giӳa tӹ lӋ khӕi lѭӧng và tӹ lӋ tҫn sӕ riêng mà tҥi ÿó TLD phát huy tӕi ÿa khҧ năng giúp cho
viӋc thiӃt kӃ ÿѭӧc dӉ dàng và thuұn lӧi.
1.2.3

Ӭng dөng cӫa thiӃt bӏ TLD trong viӋc kháng chҩn cho nhà cao tҫng

Mӝt vài công trình sӱ dөng TLD ÿã ÿѭӧc xây dӵng tӯ rҩt sӟm ӣ Nhұt Bҧn, ví dө ÿiӇn
hình là tòa nhà Gold Tower ӣ Chiba, Nhұt sӱ dөng MCC Aqua Damper (hình 1.5) ÿó là bӇ chӭa
nѭӟc dҥng khӕi vӟi các lѭӟi sӧi thép ÿѭӧc bӕ trí dӑc theo dòng chҧy chҩt lӓng bên trong bӇ. Lӵc
kháng chҩn ÿѭӧc hiӋu chӍnh bҵng cách sӱ dөng mӝt sӕ lѭӧng các bӇ chӭa chҩt lӓng. Cө thӇ ӣ tòa
nhà Golden Tower ngѭӡi ta dùng 16 bӇ chӭa dҥng này ӣ tҫng mái công trình (cao ÿӝ 158m) vӟi
tәng khӕi lѭӧng chҩt lӓng lên ÿӃn 10 tҩn và bҵng 1/100 khӕi lѭӧng cӫa toàn bӝ công trình.

Hình 1.5 – Thi͇t b͓ MCC Aqua Damper ͧ tòa nhà Chiba

Sau khi các thiӃt bӏ kháng chҩn trên ÿѭӧc gán vào công trình thì ngѭӡi ta ÿo ÿѭӧc phҧn ӭng cӫa
kӃt cҩu trѭӟc tác ÿӝng cӫa tҧi trӑng ÿӝng ÿã giҧm ÿi khoҧng 50-60% so vӟi khi không sӱ dөng
thiӃt bӏ kháng chҩn TLD.
TLD ӭng dөng trong khách sҥn Shin Yokohama Prince ӣ Nhұt Bҧn gӗm 9 bӇ chӭa chҩt
lӓng có ÿѭӡng kính 2m chiӅu cao 22cm, chiӅu cao tәng cӝng là 2m ÿã giúp cho công trình giҧm
ÿѭӧc 50-70% dao ÿӝng khi vұn tӕc gió là 20m/s và còn giúp giҧm hѫn nӳa nӃu tӕc ÿӝ gió cao


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

hѫn. Gia tӕc công trình khi không sӱ dөng TLD là 0.01(m / s 2 ) còn khi có TLD là 0.006(m / s 2 ) .
ThiӃt bӏ TLD dҥng này còn ÿѭӧc ӭng dӵng trong các công trình ӣ sân bay quӕc tӃ Nagasaki, sân
bay quӕc tӃ Tokyo, và tòa nhà Yokohama (Tamura et al., 1985).

Hình 1.6 – Thi͇t b͓ TLD ͧ Shin Yokohama Tower (Tamura et al., 1995)
Ngoài ra còn có rҩt nhiӅu công trình khác sӱ dөng thiӃt bӏ kháng chҩn chҩt lӓng nhѭng là
dҥng cӝt chҩt lӓng (Tuned Liquid Column Damper) chҷng hҥn nhѭ khách sҥn Cosima ӣ Tokyo là
công trình bҵng thép cao 26 tҫng vӟi ÿӝ cao mái là 106.2m. Công trình có tӹ sӕ chiӅu cao trên
chiӅu rӝng là khá lӟn vì vұy rҩt nhҥy cҧm vӟi tҧi gió ÿӝng. Ӣ công trình này, ngѭӡi ta ÿã sӱ dөng
mӝt TLCD nһng 58 tҩn có tên là MOVICS (hình 1.7) ÿӇ kháng gió cho công trình. Theo kӃt quҧ
ÿo ÿҥc ÿѭӧc thì gia tӕc cӫa công trình ÿã giҧm ÿi 50-70% nhӡ thiӃt bӏ này (Shimizu và Tezura,
1994).


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

Hình 1.7 - Thi͇t b͓ TLCD trong công trình khách s̩n Cosima, Tokyo
Thêm vào ÿó, có thӇ thҩy TLD có ӭng dөng rҩt rӝng rãi kӇ cҧ trong các kӃt cҩu dҥng ӕng
khói hay các công trình ngoài khѫi.

Hình 1.8 - ͘ng khói có s͵ dͭng TLD ÿ͋ kháng ch̭n


TS. Lѭѫng Văn Hҧi -

Tóm lҥi, thông qua viӋc tóm tҳt các công trình nghiên cӭu trѭӟc, có thӇ rút ra các tóm tҳt
ÿã thӵc hiӋn ÿӕi vӟi TLD ÿӇ tӯ ÿó ÿһt ra hѭӟng nghiên cӭu sӁ thӵc hiӋn trong luұn văn này là:
Thӭ nhҩt là các nghiên cӭu chӫ yӃu tұp trung vào lý thuyӃt phân tích tuyӃn tính cӫa chҩt
lӓng ӣ mһt thoáng tӭc là biên ÿӝ dao ÿӝng cӫa sóng xem nhѭ ÿӫ nhӓ, mô hình toán ÿӇ phân tích
tính chҩt phi tuyӃn cӫa sóng vүn chѭa ÿѭӧc tӕi ѭu. ĈӇ tránh ÿѭӧc sӵ phӭc tҥp trong phân tích phi
tuyӃn sóng chҩt lӓng ,mӝt sӕ các nghiên cӭu giҧ thiӃt chӍ xem TLD nhѭ TMD tuy nhiên ÿiӅu này
là không thӓa ÿáng và chӍ áp dөng ÿѭӧc ӣ mӝt mӭc ÿӝ tѭѫng ÿӕi. Thӭ hai là các phân tích
thѭӡng dӵa vào thӵc nghiӋm ÿӇ xây dӵng mӝt mô hình sӕ sau ÿó giҧi quyӃt vҩn ÿӅ bҵng phѭѫng
pháp giҧi tích. ĈiӅu này dүn ÿӃn sӵ ÿҫu tѭ rҩt nhiӅu vӅ tìm hiӇu toán hӑc thuҫn túy mà ÿôi khi do
sӵ phӭc tҥp – ÿһc biӋt trong viӋc giҧi quyӃt ÿiӅu kiӋn biên làm cho phѭѫng pháp giҧi tích không
có khҧ năng tìm ÿѭӧc nghiӋm thӵc.
Các nghiên cӭu vӅ thiӃt bӏ kháng chҩn sӱ dөng chҩt lӓng tuy ÿã rҩt phong phú tӯ phân
tích vӅ hình dҥng bӇ chӭa, chҩt lӓng sӱ dөng trong thiӃt bӏ, các phѭѫng pháp tìm chuyӇn vӏ cӫa
sóng chҩt lӓng, sӵ tiêu tán năng lѭӧng do tính nhӟt cӫa chҩt lӓng, ҧnh hѭӣng cӫa góc nghiêng
ÿáy bӇ ÿӃn dao ÿӝng cӫa sóng hay phӭc tҥp hѫn là xét sӵ tѭѫng tác giӳa chҩt lӓng và thành bӇ
hoһc dӵ ÿoán vӅ hiӋn tѭӧng sóng vӥ … Tuy nhiên còn rӡi rҥc và rҩt ít nghiên cӭu xét mӝt cách
toàn diӋn ӭng xӱ cӫa công trình có sӱ dөng TLD ÿһc biӋt là khi có xét ÿӃn các hiӋu ӭng tѭѫng
tác. ĈiӅu ÿó làm cho thӵc tӃ sӱ dөng TLD ÿӇ kháng chҩn còn rҩt giӟi hҥn, khó ÿѭӧc ÿѭa vào tiêu
chuҭn thiӃt kӃ. Sóng vӥ tuy ÿѭӧc khҷng ÿӏnh là hiӋn tѭӧng làm tiêu tán mӝt phҫn năng lѭӧng
không nhӓ truyӅn vào TLD nhѭng viӋc tiên lѭӧng hiӋn tѭӧng xҧy ra khi nào thì mô hình toán vүn
chѭa ÿѭӧc xác ÿӏnh. Cuӕi cùng là các nghiên cӭu trѭӟc ÿây chѭa xét hӃt các tính chҩt cӫa TLD
chҷng hҥn tѭѫng tác chҩt lӓng vӟi thành bӇ hay tѭѫng tác bӇ vӟi kӃt cҩu chӍ mӟi ÿѭӧc nghiên cӭu
gҫn ÿây và viӋc ӭng dөng các tính chҩt này vào thiӃt kӃ TLD chӍ dӯng lҥi ӣ giai ÿoҥn lý thuyӃt.