Đánh giá khả năng giảm chấn của bể nước mái (TLD) trong khung phẳng xét đến tương tác với móng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

DƯƠNG HOÀNG PHƯƠNG

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GIẢM CHẤN CỦA BỂ NƯỚC MÁI
(TLD) TRONG KHUNG PHẲNG XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC
VỚI MÓNG
Chuyên ngành: KTXD Công trình DD&CN
Mã số ngành : 60580208

LUÂN VĂN THẠC SĨ

Thành phổ Hồ Chi Minh, tháng 06 năm 2016


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Trọng Phước

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Đào Đình Nhân

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. TS. Đỗ kiến quốc

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM vào ngày
22 tháng 07 năm 2016.
Thành phần hội đồng đánh giá luận vãn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS Đỗ Kiến Quốc
2. PGS. TS. Nguyễn Xuân Hùng
3. PGS. TS. Nguyễn Trung Kiên
4. TS. Nguyễn Văn Hiếu

5. TS. Đào Đình Nhân

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

I


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
—oOo—

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: DƯƠNG HOÀNG PHƯƠNG

MSHV: 7140162

Ngày, tháng, năm sinh: 24/04/1991

Nơi sinh: Bến Tre

Chuyền ngành: KTXD Công trình DD&CN

Mã số : 60580208

TÊN ĐỀ TÀI:

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GIẢM CHẤN CỦA BỂ NƯỚC MÁI (TLD) TRONG
KHUNG PHẲNG XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC VỚI MÓNG
1- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
> Tìm hiểu mô hình bài toán gồm có: hệ khung được rời rạc hóa với các bậc tự do
chuyển vị ngang, mô hình bể nước mái với các thông số động lực học và mô hình
nền móng cọc bên dưới.
> Xây dựng mô hình kết cấu khung phẳng có gắn bể nước mái như hệ giảm chấn dạng
chất lỏng theo mô hình phi tuyến và xét đến tương tác nền móng cọc bên dưới, thiết
lập phương trình chuyển động của hệ khi chịu gia tốc nền động đất.
> Viết chương trình giải phương trình chuyển động bằng ngôn ngữ lập trình MATLAB
và khảo sát thông số ảnh hưởng; một số kết quả cũng được kiểm chứng với các nghiên
cứu khác.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11/01/2016
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 17/06/2016
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC
Tp. HCM, ngày ..... tháng ....... năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

HỘI ĐỒNG NGÀNH

TS. Nguyễn Trọng Phước
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


LỜI CÁM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc đến TS. Nguyễn Trọng
Phước. Thầy đã tận tình giúp đỡ tôi, cho những góp ý đáng giá giúp tôi có thể nhận định
đúng những vấn đề nghiên cứu và cách tiếp cận những nghiên cứu đó.
Tôi xin cám ơn quý thầy cô khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại Học Bách Khoa
Tp.HCM đã truyền dạy tôi những kiến thức quý báo giúp tôi có thể hoàn thành tốt luận

văn. Đồng thời tôi cũng xin cám ơn thầy cô, cán bộ nhân viên thư viện trường Đại Học
Bách Khoa Tp.HCM đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể tiếp cận nguồn tài liệu chung.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè đã luôn
động viên tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài này.
Tôi xin chân thành cám ơn!


TÓM TẮT
Luận văn này đánh giá khả năng giảm chấn của bể nước mái (TLD- Tuned Liquid
Damper) trong khung phẳng xét đến tương tác với móng cọc bên dưới. TLD được mô hình
như một TMD tương đương với các thông số khối lượng, độ cứng và tính cản phụ thuộc
vào đặc tính của chất lỏng được gọi là mô hình (NSD-Nonlinear Stiffness Damping). Các
thông số móng cọc được xác định dựa trên các mô hình của Novak và Dobry. Kết cấu
chính được rời rạc hóa bởi các khối lượng tập trung tại các tầng và bậc tự do động lực học
được xét là chuyển vị ngang của các tầng. Phương trình chuyển động của kết cấu có gắn
bể nước mái có xét đến tương tác với móng cọc bên dưới được thiết lập dựa trên nguyên
lý cân bằng động, và phương trình này được giải bằng phương pháp Newmark trên toàn
miền thời gian. Dùng chương trình Matlab (được kiểm chứng với một số kết quả từ các
nghiên cứu khác khi cùng thông số đầu vào) để phân tích phản ứng động của kết cấu có
gắn bể nước mái có xét đến tương tác với móng cọc bên dưới khi chịu tải động đất. Các
kết quả số thu được là chuyển vị, gia tốc và lực cắt của khung phẳng cho thấy hiệu quả
của việc sử dụng bể nước mái và ảnh hưởng khi xét đến tương tác với móng cọc bên dưới.
Đồng thời khảo sát các thông số móng cọc như khoảng cách cọc, đường kính cọc xem xét
sự ảnh hưởng của các thông số trên đối với khả năng giảm chấn của TLD.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của
Thầy TS. Nguyễn Trọng Phước. Các kết quả trong luận văn được thực hiện một cách
trưng thực và khách quan.

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016

Dương Hoàng Phương



iv

MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN............................................................................................................................ i
TÓM TẮT ................................................................................................................................ ii
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................... iii
MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................................................... V
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .................................................................................................. V
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................................ viii
DANH MỤC BÀNG BIÊU ...................................................................................................... X
1..........................................................................................................................
CHUƠNG 1: GIỚI THỆU ................................................................................................. 1

2.

3.

1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................... 1

1.2.

MỤC TIÊU NGHIÊN cứu ......................................................................................... 3

1.3.

PHUƠNG PHÁP THỤC HỆN ...................................................................................... 3

1.4.

CẤU TRÚC LUẬN VĂN.......................................................................................... 3

CHUƠNG 2: TỔNG QUAN ............................................................................................. 5
2.1.

GIỚI THIỆU .............................................................................................................. 5

2.2.

HỆ GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG (TLD) ................................................................... 5

2.4.

KẾT LUẬN ............................................................................................................. 17

CHUƠNG 3: Cơ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................ 18
3.1.

GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 18

3.2. ......................................................................................................................
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG ............................ 18

3.3.
3.4.

4.

CHUYÊN ĐỘNG CỦA CHẤT LỎNG TRONG BÊ .............................................. 18
PHÂN LOẠI CÁC DẠNG SÓNG CHẤT LỎNG.............................................. 23

3.5.

MÔ HÌNH PHÂN TÍCH HỆ GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG .................................... 24

3.6.

MÔ HÌNH TUƠNG TÁC CỦA HỆ KẾT CẤU VÀ NỀN MÓNG CỌC .............................. 27

3.7.

HỆ SỐ ĐỘ CỨNG VÀ HỆ SỐ CÀN CỦA NỀN CỌC .......................................... 28

3.8.

PHÂN TÍCH MÔ HÌNH .......................................................................................... 33

3.9.

PHUƠNG PHÁP GIẢI VÀ THUẬT TOÁN GIẢI ............................................................. 39

CHUƠNG 4: VÍ DỤ SỐ ................................................................................................. 43
4.1.

GIỔI THIỆU ............................................................................................................ 43

4.2.

KIÊM CHÚNG CHUƠNG TRÌNH TÍNH .................................................................. 43

4.3. PHẢN ÚNG CỦA KHUNG PHẲNG GẮN TLD CÓ XÉT TUƠNG TÁC NỀN
MÓNG CỌC BÊN DƯỚI .................................................................................................. 47
4.4.

KẾT LUẬN CHUƠNG .......................................................................................... 73

CHUƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HUỔNG PHÁT TRIỂN ........................................................... 74



V

MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT
TLD: Tuned Liquid Damper - Hệ giảm chấn điều chỉnh chất lỏng.
TLCD: Tuned Liquid Column Damper - Hệ giảm chấn điều chỉnh cột chất lỏng TMD:
Tuned Mass Damper -Hệ giảm chấn điều chỉnh khối lượng.
NSD: Nonlinear Stiffness Damping - Mô hình giảm chấn khối lượng tương đương với
độ cứng và cản phi tuyến
SSI: Soil-Structure Interaction- Tương tác giữa kết cấu bên trên và đất nền bên dưới
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
® Hàm thế vận tốc
L Chiều dài sóng chất lỏng
H Chiều cao sóng chất lỏng

(O Tần số góc của sóng chất lỏng
f Tần số của sóng chất lỏng
T Chu kỳ dao động của sóng chất lỏng
2a Chiều dài bể chứa
B Chiều rộng bể chứa
h Chiều cao chất lỏng trong bể chứa
md Khối lượng của mô hình giảm chấn khối lượng tương đương
kd Độ cứng của mô hình giảm chấn khối lượng tương đương
cd Hệ số cản của mô hình giảm chấn khối lượng tương đương
fd Tần số của mô hình giảm chấn khối lượng tương đương
Ẹd Tỷ số cản của mô hình giảm chấn khối lượng tương đương
K Tỷ số điều chỉnh độ cứng
A Biên độ dao động
A Giá trị không thứ nguyên của biên độ dao động
Ms Ma ttận khối lượng của kết cấu nhiều bậc tự do
Ks Ma ttận độ cứng của kết cấu nhiều bậc tự do



vi

Cs Ma trận cản của kết cấu nhiều bậc tự do us Vector chuyển vị của kết cấu nhiều bậc
tự do 1 Vector vận tốc của kết cấu nhiều bậc tự do ủs Vector gia tốc của kết cấu nhiều
bậc tự do M Ma trận khối lượng của hệ gồm kết cấu và giảm chấn K Ma trận độ cứng
của hệ gồm kết cấu và giảm chấn c Ma trận cản của hệ gồm kết cấu và giảm chấn u
Vector chuyển vị của hệ gồm kết cấu và giảm chấn ì’ Vector vận tốc của hệ gồm kết
cấu và giảm chấn ú Vector gia tốc của hệ gồm kết cấu và giảm chấn t, Át Thời gian,
bước thời gian i Số nguyên, thể hiện giá trị của các đại lượng tại thời điểm t i+1 Số
nguyên, thể hiện giá trị của các đại lượng tại thời điểm t+At Au Số gia chuyển vị giữa
hai thời điểm ị và ỉ+1

. Số gia vận tốc giữa hai thời điểm ị và ỉ+1
. Số gia gia tốc giữa hai thời điểm ị và ỉ+1 úg Gia tốc nền của động đất theo thời
gian ms Khối lượng của kết cấu có một bậc tự do ks Độ cứng của kết cấu có một bậc tự
do c, Hệ số cản của kết cấu có một bậc tự do ệ Tỷ số cản của kết cấu fs Lực đàn hồi fD
Lực cản fL Lực quán tính
KcfT Ma ttận độ cứng hiệu dụng
PrfT Vector tải ttọng hiệu dụng Kị Ma ttận độ cứng cát tuyến K‘ Ma ttận độ cứng tiếp
tuyến
Cj Ma trận cản cát tuyến
Cj Ma trận cản tiếp tuyến
p Tỷ số khối lượng
___ _ f 1

ĩ

mi _ Ò xó _ _ Ò

ỵ Tỷ sô tân sô

kz, Cỉ Hệ số độ cứng, hệ số cản theo phương đứng
, cx Hệ số độ cứng, hệ số cản theo phương ngang
kỹ, Cg Hệ số độ cứng, hệ số cản theo phương xoay
Ip Là moment quán tính của mặt cắt ngang đối với trục họng tâm của cọc
Vs=ỳGIp ; vận tốc sóng cắt của đất


vii

Vc Vận tốc sóng cắt của cọc
Ep Modun đàn hồi Young của cọc

Kỵ Độ cứng nhóm cọc theo phương ngang
Kỵ Độ cứng cọc đơn theo phương ngang
Cỵ Hệ Số nhóm cọc theo phương ngang
Kg Độ cứng nhóm cọc theo phương xoay
Kx Độ cứng cọc đơn theo phương đứng
Hệ số nhóm cọc theo phương xoay


8

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Động đất Northridge, năm 1994 ................................................................... 2
Hình 1.2: Động đất Nepal, 2015 ................................................................................... 2
Hình 2.1: Hệ giảm chấn điều chỉnh sóng chất lỏng[l]................................................ 6
Hình 2.2: Hệ giảm chấn điều chỉnh cột chất lỏng (TLCD) ........................................... 7
Hình 2.3: Thiết bị MCC Aqua Damper ở tòa nhà Gold Tower .................................... 8
Hình 2.4: Hệ giảm chấn TLD ở Shin Yokohama Tower[3].......................................... 8
Hình 2.5: Tháp Yokohama Marine và khách sạn Yokohama Prince sử dụng TLD...9
Hình 2.6: Ảnh hưởng của tương tác động[21] ............................................................ 13
Hình 2.7: Dao động của công trình ............................................................................. 14
Hình 3.1: Các tham số trong chuyển động sóng ......................................................... 19
Hình 3.2: Sóng trong bể chữ nhật chịu chuyển vị ngang[2] ....................................... 21
Hình 3.3: Mô hình TLD (a) và mô hình NSD tương đương (b) ................................ 25
Hình 3.4: Biểu đồ chuyển vị theo thời gian để xác định A [6] .................................. 26
Hình 3.5: Mô hình kết cấu một bậc tự do có gắn TLD và mô hình NSD ................... 27
Hình 3.6: Mô hình tương tác của hệ kết cấu N tầng và nền móng cọc[35]................. 27
Hình 3.7: Mô hình cọc tương tác trong đất[32] .......................................................... 29
Hình 3.8: Hệ số độ cứng và độ cản động nhóm cọc 2 x2 theo phương ngang[35] ..31
Hình 3.9: Hệ số độ cứng và độ cản động nhóm cọc 3x3 theo phương ngang[35] ...31
Hình 3.10: Hệ số độ cứng và độ cản động nhóm cọc 2 x2 theo phương xoay........... 32

Hình 3.11: Hệ số độ cứng và độ cản động nhóm cọc 3x3 theo phương xoay............ 33
Hình 3.12: Mô hình khung phang n tầng có gắn TLD và xét tương tác nền móng cọc bên
dưới ............................................................................................................................. 34
Hình 4.1:Gia tốc nền động đất El Centro 1940 ........................................................... 45
Hình 4.2: Gia tốc nền động đất San Fernando ............................................................ 46
Hình 4.3: Phổ năng lượng động đất San Fernando ..................................................... 46
Hình 4.4: Mô hình nhóm cọc 3x3 ............................................................................... 48
Hình 4.5: Mô hình khung phang có gắn TLD và xét đến tương tác nền móng cọc bên dưới
..................................................................................................................................... 48
Hình 4.6: Chuyển vị tầng đỉnh khi chịu tải điều hòa .................................................. 49
Hình 4.7: Vận tốc tầng đỉnh khi chịu tải điều hòa ...................................................... 49
Hình 4.8: Gia tốc tầng đỉnh khi chịu tải điều hòa ....................................................... 49
Hình 4.9: Chuyển vị lớn nhất tại các tầng khi chịu tải điều hòa ................................. 50
Hình 4.10: Lực cắt lớn nhất tại các tầng khi chịu tải điều hòa.................................... 50
Hình 4.11: Độ giảm chuyển vị lớn nhất tại các tầng khi chịu tải điều hòa ................. 50
Hình 4.12: Độ giảm chuyển vị lớn nhất tại các tầng khi chịu tải điều hòa ................. 50
Hình 4.13: Gia tốc nền động đất Superstition ............................................................. 51
Hình 4.14: Phổ năng lượng động đất Superstition ..................................................... 51
Hình 4.15: Chuyển vị tầng đỉnh khi chịu động đất Superstition ................................. 52
Hình 4.16: Vận tốc tầng đỉnh khi chịu động đất Superstition ..................................... 52
Hình 4.17: Gia tốc tầng đỉnh khi chịu động đất Superstition ...................................... 52
Hình 4.18: Chuyển vị lớn nhất tại các tầng khi chịu động đất Superstition................ 53



ix
Hình 4.19: Lực cắt lớn nhất tại các tầng khi chịu động đất Superstition .................... 53
Hình 4.20: Độ giảm chuyển vị lớn nhất của khung phang có gắn TLD khi xét và không
xét tương tác nền móng cọc bên dưới ......................................................................... 53
Hình 4.21: Độ giảm lực cắt lớn nhất của khung phang có gắn TLD khi xét và không xét

tương tác nền móng cọc bên dưới ............................................................................... 54
Hình 4.22: Gia tốc nền động đất Hachinole ................................................................ 54
Hình 4.23: Phổ năng lượng động đất Hachinole ......................................................... 54
Hình 4.24: Chuyển vị tầng đỉnh khi chịu động đất Hachinole .................................... 55
Hình 4.25: Vận tốc tầng đỉnh khi chịu động đất Hachinole ........................................ 55
Hình 4.26: Gia tốc tầng đỉnh khi chịu động đất Hachinole ......................................... 55
Hình 4.27: Chuyển vị lớn nhất tại các tầng khi chịu động đất Hachinole .................. 56
Hình 4.28: Lực cắt lớn nhất tại các tầng khi chịu động đất Hachinole ....................... 56
Hình 4.29: Độ giảm chuyển vị lớn nhất của khung phang có gắn TLD khi xét và không
xét tương tác nền móng cọc bên dưới ......................................................................... 57
Hình 4.30: Độ giảm lực cắt lớn nhất của khung phang có gắn TLD khi xét và không xét
tương tác nền móng cọc bên dưới ............................................................................... 57
Hình 4.31: Chuyển vị tầng đỉnh khi chịu tải điều hòa ................................................ 58
Hình 4.32: Vận tốc tầng đỉnh khi chịu tải điều hòa .................................................... 59
Hình 4.33: Gia tốc tầng đỉnh khi chịu tải điều hòa ..................................................... 59
Hình 4.34: Chuyển vị lớn nhất tại các tầng khi chịu tải điều hòa ............................... 59
Hình 4.35: Lực cắt lớn nhất tại các tầng khi chịu tải điều hòa .................................... 60
Hình 4.36: Độ giảm chuyển vị khi khi xét khoảng cách cọc từ lOd và 5d ................ 60
Hình 4.37: Độ giảm lực cắt khi xét khoảng cách cọc từ lOd và 5d ........................... 60
Hình 4.38: Chuyển vị tầng đỉnh khi chịu động đất Superstition ................................. 61
Hình 4.39: Vận tốc tầng đỉnh khi chịu động đất Superstition ..................................... 61
Hình 4.40: Gia tốc tầng đỉnh khi chịu động đất Superstition ..................................... 61
Hình 4.41: Chuyển vị lớn nhất tại các tầng khi chịu động đất Superstition............... 62
Hình 4.42: Lực cắt lớn nhất tại các tầng khi chịu động đất Superstition .................... 62
Hình 4.43: Độ giảm chuyển vị lớn nhất của khung phang có gắn TLD khi xét khoảng
cách cọc từ lOd và 5d .................................................................................................. 62
Hình 4.44: Độ giảm lực cắt lớn nhất của khung phang có gắn TLD khi xét khoảng cách
cọc từ lOd và 5d .......................................................................................................... 63
Hình 4.45: Chuyển vị tầng đỉnh khi chịu động đất Hachinole .................................... 63
Hình 4.46: Vận tốc tầng đỉnh khi chịu động đất Hachinole ........................................ 63

Hình 4.47: Gia tốc tầng đỉnh khi chịu động đất Hachinole ......................................... 64
Hình 4.48: Chuyển vị lớn nhất tại các tầng khi chịu động đất Hachinole .................. 64
Hình 4.49: Lực cắt lớn nhất tại các tầng khi chịu động đất Hachinole ....................... 64
Hình 4.50: Độ giảm chuyển vị lớn nhất của khung phẳng có gắn TLD khi xét khoảng
cách cọc từ lOd và 5d .................................................................................................. 65
Hình 4.51: Độ giảm lực cắt lớn nhất của khung phang có gắn TLD khi xét khoảng cách
cọc từ lOd và 5d .......................................................................................................... 65
Hình 4.52: Chuyển vị tầng đỉnh khi chịu tải điều hòa ................................................ 66
Hình 4.53: Vận tốc tầng đỉnh khi chịu tải điều hòa .................................................... 66



X

Hình 4.54: Gia tốc tầng đỉnh khi chịu tải điều hòa ..................................................... 67
Hình 4.55: Chuyển vị lớn nhất tại các tầng khi chịu tải điều hòa .............................. 67
Hình 4.56: Lực cắt lớn nhất tại các tầng khi chịu tải điều hòa ................................... 67
Hình 4.57: Độ giảm chuyển vị lớn nhất của khung phang có gắn TLD khi xét đường kính
cọc d=l .2m và d=l .Om............................................................................................... 68
Hình 4.58: Độ giảm lực cắt lớn nhất của khung phang có gắn TLD khi xét đường kính cọc
d=l .2m và d=l .Om ..................................................................................................... 68
Hình 4.59: Chuyển vị tầng đỉnh khi chịu động đất Superstition ................................. 68
Hình 4.60: Vận tốc tầng đỉnh khi chịu động đất Superstition ..................................... 69
Hình 4.61: Gia tốc tầng đỉnh khi chịu động đất Superstition ...................................... 69
Hình 4.62: Chuyển vị lớn nhất tại các tầng khi chịu động đấtSuperstition................. 69
Hình 4.63: Lực cắt lớn nhất tại các tầng khi chịu động đất Superstition .................... 70
Hình 4.64: Độ giảm chuyển vị lớn nhất của khung phang có gắn TLD khi xét tương tác
nền móng cọcl .2m và cọc lm...................................................................................... 70
Hình 4.65: Độ giảm lực cắt lớn nhất của khung phang có gắn TLD khi xét tương tác nền
móng cọcl .2m và cọc lm ............................................................................................ 70

Hình 4.66: Chuyển vị tầng đỉnh khi chịu động đất Hachonile .................................... 71
Hình 4.67: Vận tốc tầng đỉnh khi chịu động đất Hachonile ........................................ 71
Hình 4.68: Gia tốc tầng đỉnh khi chịu động đất Hachonile ......................................... 71
Hình 4.69: Chuyển vị lớn nhất tại các tầng khi chịu động đất Hachonile .................. 72
Hình 4.70: Lực cắt lớn nhất tại các tầng khi chịu động đất Hachonile ....................... 72
Hình 4.71: Độ giảm chuyển vị lớn nhất của khung phang có gắn TLD khi xét tương tác
nền móng cọcl.2m và cọc lm....................................................................................... 72
Hình 4.72: Độ giảm lực cắt lớn nhất của khung phang có gắn TLD khi xét tương tác nền
móng cọcl .2m và cọc lm ............................................................................................ 73
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Thiệt hại về người và tài sản qua một số ttận động đất ................................ 1
Bảng 3.1: Phân loại sóng chất lỏng[2] ........................................................................ 23
Bảng 3.2: Bảng giá trị của Zti>Zt2’/ới’/ớ2theo Novak(1974) .................................... 29
Bảng 4.1:Khối lượng và độ cứng của khung 3 tầng .................................................... 43
Bảng 4.2:Tần số dao động riêng của khung ................................................................ 44
Bảng 4.3:Chuyển vị lớn nhất các tầng ........................................................................ 45
Bảng 4.4:Thông số đầu vào của TLD ......................................................................... 46
Bảng 4.5: Chuyển vị, vận tốc, gia tốc lớn nhất tại đỉnh .............................................. 47
Bảng 4.6:Thông số đầu vào của TLD ......................................................................... 47



CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Động đất gây ra thiệt hại vô cùng lổn và xảy ra ở nhiều quốc gia trên thế giới, những
trận động đất lớn cố thể tàn phả những công trình xây dụng gây ra thiệt hại lớn về người
và tiền bạc. Vì vậy một trong những vấn đề trong việc thiết kế nhà cao tầng là việc chống

lại ảnh hưởng của động đất. Nhiều thiết bị kháng chấn được đưa nhưng thiết bị kháng chấn
sử dụng bể nước mái (xem như hệ giảm chấn TLD) cố nhiều ưu điểm về giá thành, ít tốt
chi phí bảo trì,... Trên thế giới đã cỏ nhiều nghiên cứu về TLD và cố nhiều công trình được
úng dụng. Hầu hết các nghiên cứu trước khỉ xét mô hình công trình sử dụng TLD điều là
liên kết cứng với móng. Trên thực tế hầu hết các công trình cao tầng điều sử dụng móng
cọc. Khỉ chiu tải trọng động thì kết cấu bên trên và nền móng cọc bên dưới cố ảnh hường
vối nhau. Mục đích luận văn này là khảo sát khả năng kháng chấn của công trình có xét
đến ảnh hưởng tương tác mống cọc bên dưới. Điều này cố ý nghĩa đưa mô hình gần vối
thực tế hơn.
Một sổ hình ảnh và số liệu về thiệt hại do động đất gây ra:
Bảng 1.1: Thiệt hại về người và tài sản qua một sổ trân động đất



2

Hình 1.1: Động đẩt Northridge, năm 1994

Hình 1.2: Động đất Nepal, 2015


3
1.2.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá khả năng giảm chấn của bể nước mái
đóng vai trò như hệ giảm chấn chất lỏng và có xét đến tương tác của nền móng cọc bên
dưới. Để hoàn thành luận văn cần thực hiện các nhiệm vụ sau đây: Tìm hiểu xác định
các thông số động lực học của bể nước và mô hình tương đương hệ giảm chấn chất lỏng

(TLD). Tìm hiểu mô hình tương tác động lực học của kết cấu bên trên và nền móng cọc
bên dưới. Xây dựng mô hình kết cấu khung phẳng có gắn bể nước mái như hệ giảm chấn
dạng chất lỏng và xét đến tương tác nền móng cọc bên dưới, lập phương trình chủ đạo.
Phân tích hiệu quả giảm dao động của hệ giảm chấn dạng chất lỏng (TLD) khi khung
phẳng chịu tải động đất dựa trên chương trình tính toán được xây dựng bằng ngôn ngữ
lập trình MATLAB.
1.3.

PHƯƠNG PHÁP THỤC HIỆN

Phương pháp thực hiện luận văn này là lý thuyết và phân tích số liệu từ lập trình.
Đầu tiên là tìm hiểu cơ sở lý thuyết về thông số động lực học của bể nước và mô hình
tương đương hệ giảm chấn chất lỏng (TLD), mô hình tương tác động lực học của kết
cấu bên trên và nền móng cọc bên dưới. Phương trình chủ đạo của kết cấu gắn TLD có
xét tương tác nền móng cọc bên dưới được thiết lập dựa trên sự cân bằng động, vì mô
hình là phi tuyến nên phương trình này là phương trình vi phân phi tuyến và giải bằng
phương pháp từng bước Newmark, gia tốc nền được lựa chọn là những trận động đất có
phổ tần số tương đối gần với tần số riêng của kết cấu. Các kết quả số thu được về chuyển
vị, vận tốc, gia tốc và nội lực giúp ta nhận xét về khả năng giảm chấn bể nước mái có
xét đến tương tác nền móng cọc bên dưới.
1.4.

CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Cấu trúc luận văn gồm 5 chương bao gồm:
•

Chương 1: Đặt vấn đề, nêu lý do chọn đề tài, trình bày mục tiêu nghiên cứu,

phương pháp thực hiện.

•

Chương 2: Giới thiệu về hệ giảm chấn TLD, một số công trình ứng dụng TLD

để giảm chấn, tìm hiểu tình hình nghiên cứu ừong và ngoài nước liên quan đến hệ


4
giảm chấn TLD. Đồng thời luận văn cũng giới thiệu về ảnh hưởng của tương tác nền
móng cọc bên dưới, một số nghiên cứu về ảnh hưởng của tương tác nền móng cọc.
•

Chương 3: Trình bày cơ sở lý thuyết về hệ giảm chấn TLD, ảnh hưởng của tương

tác nền móng cọc. Từ đó, lựa chọn mô hình tính toán, phương pháp số để phân tích
đáp ứng của hệ khi có gắn TLD liên kết cứng dưới móng và khi có gắn TLD có xét
tương tác nền móng cọc.
•

Chương 4: Trình bày các ví dụ số để kiểm chứng chương trình tính toán và phân

tích hiệu quả của giải pháp giảm chấn bằng bể nước mái khi có xét tương tác nền
móng cọc bên dưới. Đồng thời khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số móng cọc
như đường kính cọc và khoảng cách các cọc đối với khả năng giảm chấn của TLD.
•

Chương 5: Nêu ra một số kết luận rút ra được từ luận văn. Đánh giá sự ảnh

hưởng của thông số số lượng cọc, đường kính cọc và khoảng cách các cọc đối với
khả năng giảm chấn của TLD khi chịu tải trọng động đất. Từ đó, đưa ra hướng phát

triển đề tài trong tương lai.


5
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1.

GIỚI THIỆU

Trong chương này trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến luận văn.
Sơ lược về hệ giảm chấn chất lỏng TLD, lịch sử phát triển và ứng dụng trong thực tiễn
của hệ cản chất lỏng TLD. Đồng thời chương này cũng trình bày sơ lược về ảnh hưởng
tương tác móng cọc bên dưới công trình.
2.2.

HỆ GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG (TLD)

2.2.1. Giới thiệu hệ giảm chấn chất lỏng (TLD)
Hệ giảm chấn chất lỏng là thiết bị giảm chấn kiểu bị động-tức là không cần dùng thêm
năng lượng hay vật gì trong quá trình hoạt động được lắp đặt vào kết cấu để giảm dao
động cho kết cấu dưới tác dụng của tải trọng động như gió bão, động đất...Trong thực tế,
hệ giảm chấn chất lỏng đã được sử dụng từ những năm 1950 nhằm khống chế dao động
của các tàu bè. Đến cuối những năm 1970, hệ giảm chấn này bắt đầu được sử dụng trong
xây dựng nhằm giảm dao động cho kết cấu dưới tác dụng của tải trọng động. Từ đó, rất
nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến vấn đề này.
Bauer (1984) đề xuất sử dụng các bể chứa chữ nhật chứa hai loại chất lỏng không trộn
lẫn nhau để giảm ứng xử dao động cho kết cấu. Kareem và Sun (1987), Toshiyuki và
Tanaka, Modi và Welt (1987) là những nhà nghiên cứu đầu tiên ứng dụng hệ giảm chấn
chất lỏng ttong kết cấu xây dựng.
2.2.2. Phân loại hệ giảm chấn chất lỏng

Hệ giảm chấn điều chỉnh chất lỏng được chia thành hai dạng chính: hệ giảm chấn điều
chỉnh chuyển động sóng chất lỏng bề mặt (Tuned Sloshing Damper - TSD) và hệ giảm
chấn điều chỉnh cột chất lỏng (Tuned Liquid Column Damper - TLCD).
• Hệ giảm chấn điều chỉnh chuyển động sóng chất lỏng bề mặt
Hệ giảm chấn điều chỉnh chuyển động sóng chất lỏng bề mặt (TSD) tiêu tán năng
lượng thông qua ma sát ở tầng biên của chất lỏng, sự chuyển động của sóng bề mặt và
thông qua hiện tượng sóng vỡ (Sóng vỡ là hiện tượng chất lỏng dao động không ổn định
hay sóng không tồn tại ở trạng thái cũ, vận tốc của chất điềm lớn hơn vận tốc truyền sóng,