Luận Văn Đánh giá hiệu quả của hệ cản ma sát biến thiên với công trình chịu tải trọng động đất

TÓM TẮT: Sự bổ sung của hệ cản ma sát biến thiên (VFD-Variable Friction Damper)
đối với sự giảm dao động cho công trình chịu tải trọng động đất thường đòi hỏi thuật toán
điều khiển bán chủ động thật hiệu quả. Chính vì vậy, bài báo đưa ra thuật toán để điều khiển
hệ cản ma sát biến thiên trong mô hình không gian trạng thái, thuật toán này đề cập đến việc
xác định lực ma sát biến thiên thông qua lực kẹp biến thiên. Các ví dụ so sánh sự hiệu quả
giữa hệ cản ma sát được điều khiển bị động và hệ cản ma sát biến thiên được điều khiển bán
chủ động được đưa ra trong phần ví dụ số, các kết luận sơ bộ về các ưu và khuyết điểm của
việc sử dụng hệ cản ma sát biến thiên cũng được đưa ra ở cuối bài báo.
1. GIỚI THIỆU
Do ưu điểm nổi bậc của hệ cản được điều khiển bán chủ động là sự hiệu quả giảm đáp ứng
lớn hơn nhiều so với hệ cản bị động và cần năng lượng cung cấp cho các thiết bị điều khiển là
ít hơn so với điều khiển chủ động, nên điều khiển bán chủ động được sử dụng rộng rãi hơn.
Hơn nữa, thuật toán dùng để điều khiển chủ động cũng là thuật toán dùng trong điều khiển bán
chủ động, thuật toán điều khiển chủ động chỉ dừng lại trong việc xác định trực tiếp lực điều
khiển kết cấu (u), trong khi đó, đối với điều khiển bán chủ động, ngoài việc xác định u thì ta
còn phải tìm ra mối quan hệ giữa lực điều khiển và yếu tố gây ra lực điều khiển. Do vậy, vấn
đề đáng quan tâm còn lại trong các bài toán điều khiển bán chủ động là tìm ra thuật toán điều
khiển hệ cản để kết cấu cho kết quả về độ giảm đáp ứng theo mong muốn.
2. ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU ĐƯỢC TRANG BỊ HỆ CẢN MA SÁT BIẾN THIÊN:
Xét kết cấu nhiều tầng được trang bị hệ cản ma sát biến thiên (hệ cản VFD) (Hình 1).
Các ký hiệu: ài , Ni và ( ) i x t lần lượt là khối lượng, độ cứng và chuyển vị so với đất nền
của tầng thứ i. b,i k là độ cứng của hệ giằng.
( ) i N t là lực pháp tuyến (normal force) hay còn gọi là lực kẹp (clamping force) biến thiên
theo thời gian của hệ cản VFD. Đối với kết cấu được điều khiển bị động thì lực kẹp là hằng số,
còn trong điều khiển bán chủ động giá trị này là thay đổi được. Hệ cản ma sát biến thiên đang
được dùng hiện nay là hệ cản ma sát bằng vật liệu áp điện (piezoeclectricity friction damper).
Lực pháp tuyến của hệ cản ma sát được điều khiển bằng hiệu điện thế cung vào vật liệu theo
quan hệ sau [1]:
( ) ( ) 33 4
pre
EAd V t
N t N
h
= + (1)
trong đó: pre N là lực ma sát được đặt trước trong hệ cản ma sát; E = mô đun đàn hồi
Young của vật liệu áp điện; A = diện tích mặt cắt ngang của lớp vật liệu; h = bề dày mỗi lớp
vật liệu áp điện; 33 d =hệ số biến dạng của lớp vật liệu áp điện; V (t ) = điện thế cung cấp vào
vật liệu áp điện để gây ra biến dạng.