Báo Cáo So sánh khả năng giảm chấn của hệ cản có độ cứng thay đổi với hệ cản ma sát biến thiên

TÓM TẮT: Bài báo giới thiệu mô hình của kết cấu được trang bị hệ cản có độ cứng thay đổi (CSD-Controlled Stiffness Damper) được điều khiển bán chủ động cũng như thuật toán điều khiển nó. Các tính toán số được thực hiện nhằm khảo sát và đánh giá mức độ hiệu quả giảm chấn công trình sử dụng CSD được điều khiển bán chủ động với hệ cản ma sát biến thiên (VFD-Variable Stiffness Damper). Các kết luận sơ bộ về ưu và khuyết điểm của CSD so với VFD cũng được nêu lên ở cuối bài báo.
Từ khóa: hệ cản có độ cứng thay đổi, hệ cản ma sát biến thiên, điều khiển bán chủ
động.

1.GIỚI THIỆU
Các trận động đất xảy ra ngày càng nhiều kèm theo ảnh hưởng của các dư chấn trong thời gian gần đây trong khu vực đặt ra vấn đề nghiên cứu áp dụng các biện pháp kháng chấn cho công trình xây dựng mới và cải tạo. Do đó khảo sát một loại thiết bị mới nhằm mở rộng hơn nữa khả năng áp dụng các thiết bị giảm chấn vào việc cải tạo tăng cường khả năng kháng chấn các nhà cao tầng hiện có và các công trình xây mới trước các hiểm họa động đất là việc làm cần thiết.
Thiết bị giảm chấn có độ cứng thay đổi được điều khiển bán chủ động (CSD) là thiết bị sử dụng các lò xo và các cơ cấu điều chỉnh nhằm tạo ra lực đàn hồi. Lực này đóng vai trò như là lực điều khiển chủ động và nó sẽ được giới hạn trong khả năng làm việc của các lò xo. CSD với ưu điểm đơn giản, không bị ảnh hưởng bởi vận tốc và chuyển vị nhỏ tác động vào thiết bị [6] nên CSD dễ điều khiển và hiệu quả về mặt kinh tế.

2. THIẾT BỊ GIẢM CHẤN CÓ ĐỘ CỨNG THAY ĐỔI


m i
x c t r , i



C M , i

x i ( t )


k i

m i - 1

k i - 1

m i - 2
k i - 2




x c t r , i - 1




C M , i - 1



x i - 1 ( t )



x i - 2 ( t )

B o ä c a ûm b i e án
ñ o t r a ïn g t h a ùi c u ûa k e át c a áu



H e ä c a ûn c o ù ñ o ä c ö ùn g t h a y ñ o åi ( C S D )





w ( t )
C h u y e ån ñ o än g ñ a át n e àn

B O Ä Ñ I E ÀU K H I E ÅN

Hình 1. Mô hình kết cấu được trang bị hệ cản CSD và hệ thống điều khiển bán chủ động



Xét kết cấu n tầng trang bị r hệ cản CSD như Error! Reference source not found.. Trong


đó, các ký hiệu: mi , ki và

xi (t )


lần lượt là khối lượng, độ cứng và chuyển vị so với đất nền



của tầng thứ ith. Giằng được xem là tuyệt đối cứng.

xctr ,i là chuyển vị của thanh điều khiển để


thay đổi độ giãn dài của lò xo chính và CM ,i
ith.


độ cứng của lò xo chính trong CSD tại tầng thứ


Khi kết cấu chịu động đất, phương trình chuyển động của kết cấu được mô tả trong không
gian véc tơ trạng thái như sau [2]:


z&(t ) = A.z (t ) + B.u (t ) + E.w (t )


(1)



trong đó:

z (t )


diễn tả trạng thái của kết cấu bao gồm chuyển vị tương đối và vận tốc


tương đối của các tầng so với đất nền; u (t ) : vector lực điều khiển được sinh ra bởi hệ cản;
w (t ) : vector gia tốc nền của trận động đất; A: ma trận xác định đặc trưng của kết cấu bao
gồm các ma trận khối lượng, ma trận cản và ma trận độ cứng của kết cấu; B và E: ma trận
phân bố lực điều khiển và gia tốc nền.
Nghiệm của phương trình (1) sau khi đã rời rạc hóa miền thời gian được cho như sau:


z [k + 1] = Ad .z[k ] + Bd .u[k ] + Ed .w [k ]