Phân tích động lực học kết cấu công trình biển hệ thanh cố định trên nền san hô chịu tác dụng của tải trọng sóng..

Nội dung tài liệu: Phân tích động lực học kết cấu công trình biển hệ thanh cố định trên nền san hô chịu tác dụng của tải trọng sóng..

1. BỘ GIÁO D ỤC VÀ ĐÀO BỘ QU ỐC PHÒNG HC VI N K THU T QUÂN S Lê Hoàng Anh PHÂN TÍCH NG LC H C K T C U CÔNG TRÌNH BI N H THANH C NH TRÊN N N SAN HÔ CH U TÁC D NG CA T I TR NG SÓNG BI N VÀ GIÓ THEO MÔ HÌNH BÀI TOÁN KHÔNG GIAN Chuyên ngành: C k thu t Mã s : 62.52.01.01 TÓM T T LU N ÁN TI N S K THU T Hà N i – 2016
2. CÔNG TRÌNH ƯC HOÀN THÀNH T I HC VI N K THU T QUÂN S - B QU C PHÒNG Ng i h ng d n khoa h c: PGS.TS Nguy n Thái Chung Ph n bi n 1: GS.TSKH Nguy n Ti n Khiêm Ph n bi n 2: PGS.TS Tr n V n Liên Ph n bi n 3: PGS.TS Bùi c Chính Lu ận án được b ảo v ệ t ại H ội đồng đánh giá lu ận án c ấp H ọc vi ện theo quy ết định s ố 1756 /Q Đ-HV, ngày 24 tháng 5 năm 2016 của Giám đốc Học vi ện K ỹ thu ật Quân sự, h ọp t ại H ọc vi ện K ỹ thu ật Quân s ự vào h ồi gi ờ ngày tháng n ăm 2016. Có th tìm hi u lu n án t i: - Th ư vi ện H ọc vi ện K ỹ thu ật Quân s ự - Th ư vi ện Qu ốc gia.
3. 1 M U 1. Tính c p thi t c a tài: Vi t Nam có vùng bi n r ng l n v i di n tích thu c ch quy n, quy n ch quy n, quy n tài phán kho ng 1.000.000 km², có chi u dài ng b bi n kho ng 3.260km. Trên h th ng o ven b , ngoài kh ơi nh hai qu n oTr ng Sa, Hoàng Sa và r t nhi u các o l n, nh cùng các bãi c n san hô ã xây d ng nhi u công trình phòng th kh ng nh và b o v ch quy n bi n n c ta. Ngày nay, v i s tranh ch p ch quy n, c bi t ch quy n bi n o ang là v n h t s c ph c t p òi h i chúng ta ph i có nh ng gi i pháp xây d ng, gia c các công trình trong vùng lãnh h i c a mình, trong ó công trình móng c c h thanh nh nhà giàn DKI, giàn khoan du khí là các công trình in hình. Nh n th c rõ t m quan tr ng này, ng và Nhà n c ta ã có nh ng quy t sách úng n nh m xây d ng các o thu c qu n o Tr ng Sa và vùng th m l c a tr thành nh ng cn c quân s , kinh t v ng ch c, có kh n ng áp ng t t nhi m v kinh t , chính tr tr c m t và lâu dài. Do ó, nghiên c u, phân tích ng l c h c c a k t c u công trình bi n h thanh c nh trên n n san hô ch u tác d ng c a t i tr ng sóng bi n và gió, s d ng mô hình không gian, h k t c u - nn san hô làm vi c ng th i là v n n nay v n có ý ngh a khoa h c và th c ti n. 2. Mc ích và nhi m v nghiên c u ca lu n án: - Nghiên c u lý thuy t t ng quan v nn san hô, t i tr ng tác d ng, cơ s xây d ng mô hình phân tích ng l c h c k t c u công trình bi n h thanh c nh trên n n san hô ch u tác d ng c a t i tr ng sóng và gió, theo mô hình bài toán không gian, k t c u - nn san hô. - S d ng PP PTHH xây d ng thu t toán và ch ơ ng trình tính, kh o sát s , phân tích ng l c h c công trình, nh h ng c a m t s yu t n áp ng ng c a h kt c u - nn. - Nghiên c u th c nghi m xác nh các b s li u áp ng ng ca các h kt c u - nn ng th i làm c ơ s ánh giá m c phù h p c a ph ơ ng pháp nghiên c u.
4. 2 3. i t ưng, ph m vi và m c tiêu nghiên c u c a lu n án: - V k t c u: K t c u công trình bi n c nh h thanh không gian, c nh trên n n san hô (mô t các công trình nhà giàn DKI) ch u t i tr ng sóng bi n và gió. - V n n: N n san hô khu v c qu n o Tr ng Sa. - V t i tr ng: T i tr ng sóng bi n c xác nh theo lý thuy t sóng Airy, lý thuy t sóng Stoke và t i tr ng gió là hàm c a th i gian. 4. Ph ươ ng pháp nghiên c u ca lu n án: Nghiên c u lý thuy t trên c ơ s ph ơ ng pháp PTHH, l p trình tính toán, kh o sát h ; ng th i nghiên c u th c nghi m k t c u công trình bi n b ng mô hình ngoài th c a và mô hình trong b t o sóng. 5. Câu trúc lu n án: Lu n án gm ph n m u, b n ch ơ ng, ph n k t lu n chung, tài li u tham kh o và ph l c. Ch ươ ng 1: Tng quan v v n nghiên c u Ch ươ ng 2: Phân tích ng l c h c công trình bi n c nh ch u tác dng c a t i tr ng sóng bi n và gió. Ch ươ ng 3: Kh o sát nh h ng c a m t s y u t n ph n ng ng ca công trình bi n c nh ch u tác d ng c a t i tr ng sóng bi n và gió. Ch ươ ng 4: Nghiên c u ph n ng ng c a k t c u h thanh mô ph ng công trình bi n b ng th c nghi m. Kt lu n chung: Các k t qu chính; óng góp m i c a lu n án và các ki n ngh n i dung c n ti p t c nghiên c u. CH Ơ NG 1: TNG QUAN V V N NGHIÊN C U Trình bày các k t qu nghiên c u trong n c và ngoài n c v c im a ch t công trình và ch tiêu k thu t c a san hô và n n san hô; nghiên c u tng quan v công trình bi n, ti tr ng ph bi n tác d ng lên công trình bi n và tính toán công trình bi n. Trên c s k t qu nghiên c u t nh ng các công trình nghiên c u ã công b , các v n c n ti p t c nghiên và phát tri n, tác gi lu n án rút ra kt lu n: - Nn san hô phân l p, m i lp là v t li u ng nh t ng h ng, có tính dòn, ch ch u nén, không ch u kéo, tính ch t c ơ lý v t li u m i l p nn là khác nhau, quan h ng su t và bi n d ng c a v t li u tuy n tính.
5. 3 - Công trình bi n ch u iu ki n môi tr ng và t i tr ng tác d ng ph c t p nh : sóng bi n, gió, l c th y t nh, dòng ch y, ng t, t nh t i v.v, trong ó ti tr ng sóng bi n và gió th ng c s d ng tính toán. - Vi c tính toán k t c u công trình bi n h thanh, s d ng mô hình bài toán không gian, k t c u và n n t ơ ng tác (c lý thuy t và th c nghi m) n nay ch m i có m t s r t ít công b ; cn có nhi u nghiên cu sâu h ơn. CH Ơ NG 2 PHÂN TÍCH NG L C H C CÔNG TRÌNH BI N C NH CH U TÁC D NG C A T I TR NG SÓNG BI N VÀ GIÓ 2.1. t v n : Thi t l p thu t toán PTHH, xây d ng ch ơ ng trình tính phân tích ng l c h c h k t c u – nn san hô ch u tác d ng c a t i tr ng sóng và gió, theo mô hình bài toán không gian, k t c u và n n làm vi c ng th i. 2.2. Gi i thi u bài toán và các gi thi t - S dng ph ơ ng pháp PTHH phân tích bài toán, xét h g m công trình bi n h thanh và mi n nghiên c u làm vi c ng th i, ch u tác d ng c a t i tr ng sóng và gió (Hình 2.3). B 0 Tai trongsan cong tac P 4 H Gio
   
   
   
   
   
   
    5 Uwin ( t ) 3 h H 4 Song bien h Coc chinh β 2 H Coc phu 3 h 2 h 1 h 1 H tt H B tt Hình 2.3. Hình chi u ng c a mô hình bài toán S d ng phn t thanh (3D) mô hình hóa công trình; ph n t kh i 3D mô hình hóa các l p n n và kh i gia t i; ph n t ti p xúc 3D mô hình hóa l p ti p xúc gi a b m t c c vi n n.
6. 4 2.3. Thi t l p các ph ươ ng trình c ơ b n c a bài toán 2.3.1. Các quan h i vi ph n t thanh thu c công trình 2.3.1.4. Ph ươ ng trình mô t ả dao động c ủa ph ần t ử trong h ệ t ọa độ c ục b ộ 2.3.1.5. Ph ươ ng trình mô t ả dao động c ủa phần t ử trong h ệ t ọa độ t ổng th ể 2.3.2. Các quan h i v i ph n t thu c các l p n n san hô 2.3.2.1. Các ph ươ ng trình c ơ b ản c ủa ph ần t ử 2.3.2.2. Ph ươ ng trình mô t ả dao động c ủa ph ần t ử 2.3.3. Quan h i v i ph n t thu c l p ti p xúc gi a thanh và n n san hô a, Ph ươ ng pháp tuy ến b, Ph ươ ng ti ếp tuy ến Hình 2.7. Quan h gi a ng su t và bi n d ng trong PTTX Ph ần t ử thanh 3D Nút c ọc 1 2 4 3 PTTX a) Hình không gian b) Hình chi u b ng Hình 2.8. Mô hình PTHH khu v c xung quanh c c 2.3.4. T i tr ng sóng và gió tác d ng lên công trình 2.3.4.1. T ải tr ọng sóng tác d ụng lên ph ần t ử thanh: S d ng lý thuy t sóng Stoke b c 2 [33], [73], [75] 2.3.4.2. T ải tr ọng gió tác d ụng lên công trình: Áp l c gió lên k t c u c xác nh theo theo [49], [63] 2.4. Xây d ng ph ươ ng trình mô t dao ng c a h 2.4.1. T p h p ma tr n và véc t ơ toàn h Th c hi n theo ch ơ ng trình 3D_FRAME_CORAL_2014.
7. 5 2.4.2. Ph ơ ng trình mô t dao ng c a h Ph ơ ng trình dao ng phi tuy n có d ng:     [Mq]{ } + Cq({ }) { q} + Kq({ })  { q} = { P,} (2.70) 2.5. Thu t toán PTHH phân tích ng l c h c c a h k t c u công trình bi n và n n san hô - Ph ơ ng trình (2.70) sau khi kh biên tr thành:     Mq  { } + Cq({ }) { q} + Kq({ })  { q} = { P.} (2.71) - Gii ph ơ ng trình (2.71) bng PP tích phân tr c ti p Newmark k t hp l p Newton-Raphson [36], [70]. 2.6. Ch ươ ng trình tính và ki m tra tin c y c a ch ươ ng trình Chơ ng trình 3D_FRAME_CORAL_2014 c vi t bng ngôn ng lp trình Matlab và ki m tra tin c y: Bài toán so sánh 01: Phân tích bài toán dao ng riêng c a k t c u nh công trình nghiên c u ca các tác gi Mohamed Nour El-Din, Jinkoo Kim [59(2014)]. Kt qu so sánh 4 t n s riêng u tiên nh sau: Tn s Ph ươ ng pháp Sai s riêng Mohamed Nour El- 3DFRAME_CO (%) [Hz] Din, Jinkoo Kim [59] RAL_2014 f1 0,521 0,553 6,14 f2 1,887 1,993 5,61 f3 2,381 2,579 8,31 f4 3,704 3,982 7,51 Bài toán so sánh 02: Phân tích bài toán k t c u công trình bi n h thanh trên n n san hô ch u tác d ng c a t i tr ng sóng và gió, v i các s li u k t c u, n n và t i tr ng nh trong công trình c a tác gi Nguy n Vn Chình [7]. Bng 2.4. So sánh giá tr l n nh t c a các i l ng tính Tn s Ph ươ ng pháp Sai s riêng Nguy n V n Chình 3DFRAME_CORAL_2014 (%) [Hz] (mô hình ph ng) (mô hình không gian) max Ux 14,196 3,866 2,38 Umax 0,8972 0,8605 4,27 y
8. 6 U max 1,2570 1,3216 4,89 x  max Uy 0,0208 0,0215 3,26 Chinh M z 3663,58 3518,16 4,13 Phu Mz 6932,85 6725,94 3,08 2.6. K t lu n ch ươ ng 2 Thi t l p ph ơ ng trình mô t dao ng phi tuy n, thu t toán PTHH gi i ph ơ ng trình, xây d ng ch ơ ng trình 3D_FRAME_CORAL_2014 phân tích ng l c h c c a h k t c u công trình bi n h thanh không gian c nh - nn san hô ch u tác d ng c a t i tr ng sóng và gió CH Ơ NG 3 KH O SÁT NH H NG C A M T S Y U T N PH N NG NG C A CÔNG TRÌNH BI N C NH CH U TÁC D NG C A T I TR NG SÓNG BI N VÀ GIÓ 3.1. t v n : Kh o sát m t s thông s n s làm vi c c a công trình DKI (có c c ph và kh i gia t i). 3.2. Bài toán xu t phát: mô hình bài toán nh trên hình 3.1 (ho c 2.3) Thông s k t c u: Các kích th c H 2 = 20,1m, H 3 = 20,5m, H 4 = 4m, h 1=1,5m, h 2= 3,2m, h 3 = 2,7m, h 4 = 8,9m, h 5 = 2,7m, B 0 = 12m, B 1 = 0 26m, B 2 = 35m, góc nghiêng c a c c chính β = 8 , t ng di n tích ph n ch n gió quy i c a sàn công tác là 12m 2. Cc chính có ng kính ngoài D ch =1,35m, chi u dày thành ng t ch = 3,8cm; c c ph có ng kính ngoài D ph = 1,44m, chi u dày thành ng t ph = 3,8cm; thanh xiên và thanh ngang có ng kính ngoài D th = 0,711m, chi u dày thành ng t th = 2,54cm. V t li u giàn b ng thép, có E = 2,1 ×10 11 N/m 2, ν = 0,3, ρ = 3 7850kg/m , chi u sâu c c trong n n san hô H 1 = 20m [32]. Thông s t i tr ng: sóng bi n có chi u cao H w = 16,56m, sâu 3 nc d w = 20m, ρw = 1050kg/m , chu k sóng T w = 7,83s, h s l c c n CD = 0,75, h s quán tính C 1 = 2,0, h s áp l c gió Cp = 1, ρair = 1,225kg/m 3.T ng t i tr ng c a sàn công tác, th ng t ng và v t d ng (1) trên sàn công tác quy i là P = 600 t n. Gi n v n t c gió U t nh win () trên hình 3.2 [38].
9. 7 GIAN DO VAN TOC GIO THEO THOI GIAN 50 45 40 35 (t) [m/s] (t) w in 30 Van toc U toc Van 25 20 15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Thoi gian t [s] (1) (1) Hình 3.2. Gi n v n t c gió U t vi U= 46,35m/s [38] win () max Bng 3.1. c tr ng v t li u các l p n n san hô [10], [11] sâu Ef ρf H s ma T s c n Lp 2 νf 3 (m) (N/cm ) (kg/m ) sát f ms ξ 1 2 2,83 ×10 4 0,22 2,55 ×10 3 0,21 2 10 2,19×10 5 0,25 2,60 ×10 3 0,32 0,05 3 20 2,03 ×10 6 0,22 2,95 ×10 3 0,33 4 50 2,71 ×10 5 0,25 2,00 ×10 3 0,35 Bài toán dao ng riêng: Gi i bài toán dao ng riêng, nh n c 10 tn s riêng u tiên (Hz): f 1 = 3,421, f 2 = 3,550, f 3 =4,738, f 4 = 4,964, f 5 = 5,029, f 6 = 5,544, f 7 = 5,640, f 8 = 5,772, f 9 = 5,872, f 10 = 5,906. Bài toán dao ng c ng b c: Gii bài toán v i các thông s ã cho thông qua vi c s d ng ch ơ ng trình 3D_FRAME_CORAL_2014. Bng 3.2. Giá tr l n nh t v chuy n v , v n t c, gia t c t i nh giàn và mô men u n t i m t c t chân c c chính, c c ph Chuy n v Vn t c Gia t c Mô men u n chân c c [Nm] [cm] [m/s] [m/s 2] max  max U max MChinh MPhu Ux Ux x y y 5,794 0,353 2,395 11,904.10 5 3,504.10 6 Nh n xét: Gia t c, chuy n v l n nh t t i nh giàn th hi n nh bng 3.2 là trong gi i h n cho phép mà con ng i ho t ng bình th ng. Mômen u n chân c c ph khá l n, kh ng nh tác d ng ch u l c ca c c ph trong k t c u.
10. 8 3.3. Kh o sát nh h ưng c a m t s y u t n ph n ng ng c a h 3.3.1. nh h ng c a mô hình tính Kho sát ph n ng ng c a h trên mô hình không t ơ ng tác và mô hình t ơ ng tác. 6 6 x 10 x 10 1 3 3 Tuong tac Tuong tac Tuong tac 0 Khong tuong tac Khong tuong tac 2 Khong tuong tac 2 -1 1 1 -2 0 0 chan coc phu [Nm] phu coc chan tai dinh gian [cm] gian dinh tai y x chan coc chinh [Nm] chinh coc chan -3 y -1 -1 -4 -2 Chuyen vi U vi Chuyen -5 -2 M uon Momen -3 Momen uon M uon Momen -6 -3 -4 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 Thoi gian t[s] Thoi gian t[s] Thoi gian t[s] Hình 3.8. áp ng U x Hình 3.11. áp ng Hình 3.12. áp ng ti nh giàn My ti m t c t My ti m t c t chân c c chính chân c c ph Bng 3.3. Giá tr l n nh t v chuy n v , v n t c, gia t c t i nh giàn và mô men u n t i m t c t chân c c chính, c c ph (mô hình TT và KTT) Chuy n Vn t c Gia t c Mô men u n chân c c Mô hình v [cm] [m/s] [m/s 2] [Nm] tính max  max max Chinh Phu U  M M Ux x Ux y y TT 5,794 0,353 2,395 11,904.10 5 3,504.10 6 KTT 5,618 0,375 2,762 26,710.10 5 3,131.10 6 Nh n xét: Khi tính theo mô hình không t ơ ng tác s thiên v an toàn theo iu ki n b n, còn tính theo mô hình có t ơ ng tác s thiên v an toàn theo iu ki n c ng. Khi tính toán, thi t k các công trình bi n trên nn san hô d i tác d ng c a t i tr ng sóng và gió, c n ph i quan tâm thêm n iu ki n s d ng công trình, do ó nên tính theo mô hình làm vi c ng th i c a k t c u và n n vì ây là mô hình tính ph n ánh y , sát th c s làm vi c ca h . 3.3.2. nh h ng c a d ng k t c u Kho sát 03 bài toán khác nhau t ơ ng ng v i 03 dng k t c u: bài toán c ơ b n khi h giàn có c c ph và có kh i bê tông gia t i (CCPCGT); h giàn có c c ph nh ng không có kh i gia t i (CCPKGT); h giàn không có c c ph và không có kh i gia t i (KCPKGT). Bng 3.4. Giá tr l n nh t v chuy n v , gia t c chuy n v t i nh giàn và mô men u n t i chân c c chính, c c ph tơ ng ng các d ng mô hình
11. 9 Chuy n v Vn t c Gia t c Mô men u n chân c c Dng mô [cm] [m/s] [m/s 2] [Nm] hình max  max  max MChinh MPhu Ux Ux Ux y y CCPCGT 5,794 0,353 2,395 11,904.10 5 3,504.10 6 CCPKGT 6,797 0,312 2,463 38,852.10 5 5,297.10 6 KCPKGT 8,689 0,459 3,305 58,052.10 5 6 x 10 4 5 KCPKGT KCPKGT 4 CCPKGT CCPKGT 2 CCPCGT 3 CCPCGT 2 0 1 -2 0 tai dinh gian [cm] gian dinh tai chan coc chinh [Nm] chinh coc chan -1 x y -4 -2 -3 -6 Chuyen vi U vi Chuyen -4 Momen uon M uon Momen -8 -5 -6 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 Thoi gian t[s] Thoi gian t[s] Hình 3.13. áp ng U x ti nh Hình 3.16. áp ng M y ti m t giàntheo th i gian ct chân c c chính theo th i gian Nh n xét: Vic s d ng k t c u có c c ph và có kh i bê tông gia ti là s l a ch n h p lý m b o công trình làm vi c t t. 3.3.3. nh h ng c a v t li u k t cu 3.3.3.1. Ảnh h ưởng c ủa mô đun đàn h ồi c ọc chính: Kho sát các bài toán v i mô un àn h i E ch ca v t li u c c chính thay i t 2,1 ×10 10 N/m 2 n 2,1 ×10 11 N/m 2. max  max  max max Bng 3.5. Bi n thiên giá tr Ux , Ux , Ux ti nh giàn và M y ti chân c c chính, c c ph theo mô un àn h i E ch E ×××10 10 ch 2,10 5,88 9,66 13,44 17,22 21,00 [N/m 2] max Ux [cm] 31,913 13,954 10,489 8,939 6,919 5,794  max Ux [m/s] 2,351 0,905 0,740 0,611 0,434 0,353  max 2 Ux [m/s ] 13,754 6,567 5,398 3,911 2,707 2,395 Cc Mmax 3,559.10 5 5,729.10 5 7,663.10 5 9,354.10 5 10,712.10 5 11,904.10 5 y chính [Nm] Ccph 5,313.10 6 4,649.10 6 4,233.10 6 4,012.10 6 3,723.10 6 3,504.10 6
12. 10 6 x 10 5 x 10 40 16 6 35 14 5.5 30 12 5 10 25 tai dinh gian [cm] 8 [Nm] phu coc chan 4.5 chan coc chinh [Nm] chinh coc chan m ax x 20 max y max y 6 15 4 4 10 3.5 2 M uon Momen Momen uon M uon Momen 5 Chuyenvi ngangU 0 3 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 0 Modul dan hoi vat lieu coc chinh E [N/m 2] 11 Modul dan hoi vat lieu coc chinh E [N/m 2] 11 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 ch x 10 ch x 10 2 11 Modul dan hoi vat lieu coc chinh E [N/m ] x 10 ch max max Hình 3.18. áp ng Hình 3.21. áp ng My Hình 3.22. áp My max Ux và E ch m/c chân c c chính và E ch m/c chân c c ph và E ch Nh n xét: Khi Ech tng, chuy n v l n nh t nh giàn gi m và mô men u n l n nh t t i m t c t chân c c chính t ng, c 2 s bi n thiên này thay i m t cách phi tuy n. Trong bài toán ã xét, có th l a ch nv i 11 2 mô un àn h i E ch ca v t li u c c chính trong kho ng 1,344.10 N/cm n 2,1.10 11 N/cm 2, cho thi t k là h p lý. 3.3.3.2. Ảnh h ưởng c ủa mô đun đàn h ồi c ọc ph ụ: Kho sát các bài toán v i mô un àn h i E ph ca v t li u c c ph thay i t 2,1 ×10 10 N/m 2 n 2,1 ×10 11 N/m 2. max  max  max max Bng 3.6. Bi n thiên giá tr Ux , Ux , Ux ti nh giàn và My ti chân c c chính, c c ph theo mô un àn h i E ph E ×××10 10 ph 2,10 5,88 9,66 13,44 17,22 21,00 [N/cm 2] max Ux [cm] 7,530 6.831 6,362 6,013 5,813 5,794  max Ux [m/s] 0,393 0,378 0,369 0,362 0,355 0,353  max 2 Ux [m/s ] 2,817 2,704 2,653 2,521 2,438 2,395 Cc Mmax 34,992.10 5 24,303.10 5 17,234.10 5 14,759.10 5 13,151.10 5 11,904.10 5 y chính [Nm] Ccph 1,552.10 6 2,425.10 6 2,762.10 6 3,083.10 6 3,340.10 6 3,504.10 6 6 6 x 10 x 10 8 5 4 4.5 3.5 7.5 4 3 3.5 7 tai dinh gian [cm] gian dinh tai chan coc phu [Nm] phu coc chan 3 [Nm] phu coc chan 2.5 max x max y max y 6.5 2.5 2 2 6 1.5 Momen uon M Momenuon 1.5 M uon Momen Chuyen vi ngang U ngang Chuyenvi 1 1 5.5 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2 11 2 11 Modul dan hoi vat lieu coc phu E [N/m ] x 10 Modul dan hoi vat lieu coc phu E [N/m ] x 10 2 11 ph ph Modul dan hoi vat lieu coc phu E ph [N/m ] x 10 max max Hình 3.23. áp ng Hình 3.26. áp ng M y Hình 3.27. áp ng M y max Ux và E ph m/c chân c c chính và E ph m/c chân c c ph và E ph
13. 11 3.3.4. nh h ng c a ng kính ngoài c c chính Kho sát các bài toán v i ng kính ngoài c c chính D ch thay i t 0,72m n 1,50m (chi u dày thành ng c c chính không i). 6 x 10 6 x 10 25 1.8 3.58 1.6 3.56 20 1.4 3.54 1.2 15 tai dinh gian [cm] gian dinh tai 3.52 chan coc phu [Nm] phu coc chan chan coc phu [Nm] phu coc chan 1 m ax x max y 10 max y 3.5 0.8 0.6 3.48 5 Momen uon M uon Momen Momen uon M uon Momen 0.4 Chuyen vi ngang U ngang vi Chuyen 3.46 0 0.2 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Duong kinh ngoai coc chinh D [m] Duong kinh ngoai coc chinh D [m] Duong kinh ngoai coc chinh D [m] ch ch ch max max Hình 3.28. áp ng Hình 3.31. áp ng M y Hình 3.32. áp ng M y max U và D ch x m/c chân c c chính và Dch m/c chân c c ph và Dch max  max  max max Bng 3.7. Bi n thiên giá tr Ux , Ux , Ux ti nh giàn và My ti chân c c chính, c c ph theo ng kính ngoài D ch cc chính Dch [m] 0,72 0,87 1,03 1,19 1,35 1,50 max Ux [cm] 18,156 11,947 8,988 7,458 5,794 5,247  max Ux [m/s] 1,236 0,757 0,612 0,476 0,353 0,346  max 2 Ux [m/s ] 9,334 5,825 4,381 3,121 2,395 2,562 Cc 5 5 5 5 5 5 max 5,332.10 7,368.10 9,426.10 10,874.10 11,904.10 13,431.10 My chính Cc [Nm] 3,530.10 6 3,528.10 6 3,522.10 6 3,517.10 6 3,504.10 6 3,475.10 6 ph Nh n xét: Khi ng kính ngoài D ch ca c c chính t ng lên thì mô men u n t i chân c c chính t ng lên nh ng chuy n v t i nh dàn gi m áng k . Trong bài toán ã xét, l a ch n ng kính ngoài D ch ca c c chính trong kho ng 1,03m n 1,50m là h p lý. 3.3.5. nh h ng c a ng kính ngoài c c ph Kho sát các bài toán v i ng kính ngoài c c ph D ph thay i t 0,72m n 1,44m (chi u dày thành ng c c ph không i). 6 6 x 10 x 10 8 3.5 3.5 7.5 3 7 2.5 3 tai dinh gian [cm] gian dinh tai chan coc phu [Nm] phu coc chan 6.5 [Nm] phu coc chan 2 max x 2.5 max y m ax y 6 1.5 2 1 5.5 M uon Momen Momen uon M uon Momen Chuyen vi ngang U ngang vi Chuyen 1.5 0.5 5 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Duong kinh ngoai coc phu D [m] Duong kinh ngoai coc phu D [m] ph Duong kinh ngoai coc phu D [m] ph ph max max Hình 3.33. áp ng Hình 3.36. áp ng M y Hình 3.37. áp ng M y max Ux và D ph m/c chân c c chính và D ph m/c chân c c ph và Dph
14. 12 max  max  max max Bng 3.8. Bi n thiên giá tr Ux , Ux , Ux ti nh giàn và My ti chân c c chính, c c ph theo ng kính ngoài D ph cc ph Dph [m] 0,72 0,87 1,03 1,19 1,32 1,44 max Ux [cm] 7,328 7,102 6,379 6,012 5,820 5,794  max Ux [m/s] 0,458 0,396 0,382 0,371 0,364 0,353  max 2 Ux [m/s ] 2,959 2,818 2,614 2,567 2,468 2,395 Cc 5 5 5 5 5 5 max 26,624.10 21,285.10 16,284.10 14,144.10 12,892.10 11,904.10 My chính Cc [Nm] 1,870.10 6 2,352.10 6 2,436.10 6 2,859.10 6 3,216.10 6 3,504.10 6 ph Nh n xét: Khi ng kính ngoài D ph ca c c ph t ng lên thì mô men u n t i chân c c chính gi m và chuy n v t i nh dàn gi m. L a ch n ng kính ngoài D ph ca c c ph t 1,03m n 1,44m là h p lý. 3.3.6. nh h ng c a l p n n san hô Kho sát h k t c u và n n san hô v i mô un àn h i E f2 ca l p nn th 2 thay i t 1,0 ×10 8N/m 2 n 25,0 ×10 8N/m 2. 6 6 x 10 x 10 8 1.5 4 1.4 3.8 7.5 1.3 3.6 1.2 3.4 7 1.1 3.2 tai dinh gian [cm] gian dinh tai 1 chan coc phu [Nm] phu coc chan 3 max x 6.5 [Nm] chinh coc chan max y m ax y 0.9 2.8 6 0.8 2.6 0.7 2.4 Momen uon M uon Momen 5.5 0.6 M uon Momen Chuyen vi ngang U ngang vi Chuyen 2.2 0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 2 9 0 0.5 1 1.5 2 2 9 Modul dan hoi lop san ho thu 2 [N/m ] x 10 2 9 Modul dan hoi lop san ho thu 2 [N/m ] x 10 Modul dan hoi lop san ho thu 2 [N/m ] x 10 max max Hình 3.38. áp ng Hình 3.41. áp ng M y Hình 3.42.áp ng M y max Ux và Ef2 m/c chân c c chính và Ef2 m/c chân c c ph và Ef2 max  max  max max Bng 3.9. Bi n thiên giá tr Ux , Ux , Ux ti nh giàn và My ti chân c c chính, c c ph theo E f2 8 2 Ef2 ×××10 [N/m ] 1,0 5,0 10,0 15,0 21,0 25,0 max Ux [cm] 7,263 6,203 5,911 5,827 5,794 5,778  max Ux [m/s] 0,363 0,360 0,356 0,354 0,353 0,352  max 2 Ux [m/s ] 2,477 2,426 2,415 2,407 2,395 2,389 Cc Mmax 6,972.10 5 10,451.10 5 11,334.10 5 11,656.10 5 11,904.10 5 11,977.10 5 y chính [Nm] Ccph 3,014.10 6 3,393.10 6 3,475.10 6 3,498.10 6 3,504.10 6 3,502.10 6
15. 13 Nh n xét: Mô un àn h i c a l p n n th hai E f2 nh h ng n mô men u n t i chân c c chính, chân c c ph và chuy n v ngang t i nh 8 2 8 2 giàn. Khi E f2 tng t 1,0 ×10 N/m n 25,0 ×10 N/m , chuy n v ngang t i nh giàn gi m, mô men u n t i chân c c chính, chân c c ph t ng. 3.3.7. nh h ng c a t i tr ng 3.3.7.1. Ảnh h ưởng c ủa gi ản đồ v ận t ốc gió: Kho sát bài toán trong các tr ng h p gi n vn t c gió thay i so v i bài toán c ơ b n 25%, 50%, 75% và 125%. x 10 6 x 10 6 12 1.5 5 1.4 10 4.5 1.3 8 4 tai dinh gian [cm] gian dinh tai 1.2 6 max x chan coc phu [Nm] phu coc chan 3.5 chan coc chinh [Nm] chinh coc chan 1.1 m ax y max y 4 3 1 2 2.5 0.9 M uon Momen Chuyen vi ngang U ngang vi Chuyen Momen uon M uon Momen 0 0 25 50 75 100 125 0.8 2 Ty le [%] so voi gian do van toc BTCB 0 25 50 75 100 125 150 0 25 50 75 100 125 150 Ty le [%] so voi gian do van toc BTCB Ty le [%] so voi gian do van toc BTCB max max max Hình 3.43. áp ng Ux Hình 3.46. áp ng M y Hình 3.47.áp ng M y theo gi n v n t c gió theo gi n v n t c gió theo gi n v n t c gió max  max  max max Bng 3.10. Bi n thiên giá tr Ux , Ux , Ux ti nh giàn và My ti chân c c chính, c c ph khi thay i gi n v n t c gió U (t) [%] win 25 50 75 100 125 (so v i BTCB) max Ux [cm] 1,538 2,898 4,338 5,794 7,250  max Ux [m/s] 0,094 0,180 0,266 0,353 0,437  max 2 Ux [m/s ] 0,646 1,229 1,812 2,395 2,978 Cc 5 5 5 5 5 max 9,658.10 10,407.10 11,156.10 11,904.10 12,862.10 My chính Cc [Nm] 2,271.10 6 2,644.10 6 3,074.10 6 3,504.10 6 4,075.10 6 ph Nh n xét: Giá tr l n nh t v chuy n v , v n t c, gia t c theo ph ơ ng ngang t i nh giàn và mô men u n l n nh t xu t hi n t i chân cc chính, chân c c ph ch u nh h ng áng k b i t i tr ng gió; s ph thu c này theo t l thu n và g n úng theo quy lu t tuy n tính. 3.3.7.2. Ảnh hưởng c ủa ph ươ ng t ải tr ọng gió: Kh o sát so sánh k t qu bài toán c ơ b n(ψ = 0 o) vi tr ng h p t i gió tác d ng xiên góc 45 o vi m t bên c a kh i th ng t ng ( ψ = 45 o).
16. 14 6 x 10 1 1.5 anfa = 0 o anfa = 0 o 0 anfa = 45 o anfa = 45 o 1 -1 0.5 -2 0 tai dinh gian [cm] gian dinh tai chan coc chinh [Nm] chinh coc chan x -3 y -0.5 -4 Chuyen vi U vi Chuyen -1 -5 M uon Momen -6 -1.5 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 Thoi gian t[s] Thoi gian t[s] max max Hình 3.48. áp ng Ux Hình 3.51. áp ng M y o o (ψ = 0 và ψ = 45 ) (ψ = 0 o và ψ = 45 o) 6 -4 x 10 x 10 3 16 anfa = 0 o anfa = 0 o o 14 2 anfa = 45 anfa = 45 o 12 1 10 0 8 chan coc phu [Nm] phu coc chan y -1 6 4 -2 2 Momen uon M uon Momen -3 0 Goc xoay quanh truc z tai dinh gian [rad] gian dinh z truc tai quanh Goc xoay -4 0 20 40 60 80 100 -2 0 20 40 60 80 100 Thoi gian t[s] Thoi gian t[s] max Hình 3.52. áp ng M y Hình 3.53. áp ng góc xoay (ψ = 0 o và ψ = 45 o) quanh tr c z t i nh giàn (ψ = 0 o và ψ = 45 o) Bng 3.11. Giá tr l n nh t v chuy n v , gia t c chuy n v t i nh giàn và mô men u n t i chân c c chính, c c ph (mô hình t ơ ng tác) Chuy n Vn t c Gia t c Góc xoay Mô men u n chân c c Mô 2 hình v [cm] [m/s] [m/s ] [rad] [Nm] tính max  max  max max MChinh MPhu Ux Ux Ux θz y y ψ = 0 o 5,794 0,353 2,395 0,00139 11,904.10 5 3,504.10 6 ψ = 45 o 4,948 0,247 1,497 0,00142 14,002.10 5 1,830.10 6 Nh n xét: Khi gió tác d ng theo ph ơ ng vuông góc v i m t m t o max  max  max bên (ψ = 0 ) thì giá tr l n nh t Ux , Ux , Ux u cao h ơn l n l t gp 1,17 l n, 1,4 l n và 1,6 l n so v i các giá tr t ơ ng ng khi ψ = 45 o. o Chinh Khi ψ = 0 là tr ng h p nguy hi m nh t; giá tr My ti chân c c chính Phu nh h ơn 15% và My ti chân c c ph cao h ơn g n 20% so v i tr ng hp ψ = 45 o, iu này ch ng t s tham gia làm vi c có hiu qu c a các cc ph . Khi ψ = 0 o, góc xoay vn xu t hi n là do có bi n d ng c a h , các thanh gi ng nh giàn b cong, các im nút nh giàn b xoay i.
17. 15 3.3.7.3. Ảnh h ưởng c ủa chi ều cao sóng bi ển: Kh o sát h k t c u và n n trong iu ki n chi u cao sóng bi n H w thay i t ơ ng ng v i các giá tr H w1 = 4,5m, H w2 = 8,5m, H w3 = 12,5m, Hw4 = 16,56, H w5 = 20,5m. 6 x 10 6 x 10 5.86 2 5 5.85 1.8 4.5 5.84 1.6 5.83 4 1.4 5.82 3.5 tai dinh gian [cm] gian dinh tai 1.2 5.81 [Nm] phu coc chan max x chan coc chinh [Nm] chinh coc chan 1 m ax y 3 5.8 max y 0.8 5.79 2.5 0.6 5.78 2 Momen uon M uon Momen Momen uon M uon Momen 0.4 Chuyen vi ngang U ngang vi Chuyen 5.77 5.76 0.2 1.5 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Chieu cao song H [m] Chieu cao song H [m] Chieu cao song H [m] w w w max max Mmax Hình 3.54. áp ng Ux Hình 3.57. áp ng M y Hình 3.58.áp ng y theo chi u cao sóng Hw theo chi u cao sóng Hw theo chi u cao sóng Hw max  max  max max Bng 3.12. Bi n thiên giá tr Ux , Ux , Ux ti nh giàn và My ti chân c c chính, c c ph theo chi u cao sóng H w Chi u cao 4,5 8,5 12,5 16,56 20,5 sóng H w [m] max Ux [cm] 5,775 5,781 5,782 5,794 5,820  max Ux [m/s] 0,350 0,351 0,352 0,353 0,360  max 2 Ux [m/s ] 2,236 2,313 2,342 2,395 2,470 Cc 5 5 5 5 5 max 5,721.10 7,293.10 9,369.10 11,904.10 15,683.10 My chính Cc [Nm] 2,183.10 6 2,530.10 6 2,947.10 6 3,504.10 6 4,134.10 6 ph Nh n xét: Trong các tr ng h p kh o sát, giá tr l n nh t v chuy n v, v n t c, gia t c theo ph ơ ng ngang t i nh giàn và mô men u n l n nh t xu t hi n t i chân c c chính, chân c c ph ch u nh h ng áng k bi t i tr ng sóng; s ph thu c này theo t l thu n. 3.4. K t lu n ch ươ ng 3 - Nghiên c u b ng s trên các bài toán mô ph ng công trình bi n h thanh và n n san hô ch u tác d ng c a t i tr ng sóng và gió v i hai mô hình bài toán không gian khác nhau: mô hình k t c u - nn không t ơ ng tác và mô hình k t c u - nn t ơ ng tác. Xác nh c ph n ng ng ca h và a ra c các nh n xét nh tính có ý ngh a th c t cho vi c
18. 16 tính toán công trình bi n trên n n san hô b ng các mô hình tính khác nhau ch u tác d ng c a t i tr ng sóng và gió. - Kh o sát s cho h k t c u - nn theo mô hình tơ ng tác v i các dng k t c u có c c ph , có kh i gia t i; có c c ph , không có kh i gia ti; không có c c ph , không có kh i gia t i. Kt qu cho th y hi u qu ca ph ơ ng án k t c u có 4 c c chính, 8 c c ph và 8 kh i gia t i. - Kh o sát ánh giá nh h ng c a m t s y u t (k t c u, n n, t i tr ng ) n ph n ng ng c a h . Các nh n xét có tính nh l ng có th làm c ơ s cho vi c nh h ng trong tính toán, thi t k và thi công công trình bi n h thanh ch u tác d ng c a t i tr ng sóng và gió. CH Ơ NG 4 NGHIÊN C U PH N NG NG C A K T C U H THANH MÔ PH NG CÔNG TRÌNH BI N B NG TH C NGHI M 4.1. M c ích thí nghi m Ni dung 1: Thí nghi m t i b t o sóng, xác nh áp ng ng c a h liên h p giàn thép không gian mô ph ng m t d ng công trình bi n DKI, trong ó liên k t gi a mô hình và áy b coi nh ngàm c ng, sóng có d ng hình sin. Ni dung 2: Thí nghi m hi n tr ng t i bãi c n ven o Song T Tây, xác nh áp ng ng c a h liên h p giàn thép - b ch a trên n n san hô ch u tác d ng c a xung l c va ch m. 4.2. Mô hình và các thi t b thí nghi m 4.2.1. Mô hình thí nghi m • i v i thí nghi m 1: H c c u t o b i ph n mô ph ng khung nhà giàn là khung b ng thép nh hình 4.1. • i v i thí nghi m 2: Mô hình s d ng trong thí nghi m là h liên hp giàn thép không gian, liên k t v i ph n th ng t ng là b có kh nng ch a ch t l ng hình 4.2. Hình 4.1. Mô hình thí nghi m Hình 4.2. Mô hình thí nghi m ti b to sóng ti bãi c n o Song T Tây
19. 17 4.2.2. Thi t b thí nghi m 4.2.2.1. Các thi ết b ị gây t ải: • i v i thí nghi m 1: T o t i b ng h th ng gây sóng trong b t o sóng; phn m m t o sóng Wave Synthesizer 2.6 c a an M ch, dng sóng hình sin: chi u cao sóng l n nh t h max =0,4m, chu k T p=1s÷5s. • i v i thí nghi m 2: Thi t b gây t i dùng trong tr ng h p này là búa l c PCB Piezotronics c a M , búa c k t n i v i b x lý l c ca h th ng o ng LMS. 4.2.2.2. Thi ết b ị cảm bi ến gia t ốc, bi ến d ạng: Dùng c m bi n gia t c và c m bi n in tr (hình 4.3) xác nh áp ng bi n d ng và gia t c t i im o trên k t c u. a. C ảm bi ến gia t ốc b. T ấm điện tr ở đo bi ến d ạng Hình 4.3. Cm bi n gia t c 4.2.2.3. Máy đo dao động: Máy o ng s d ng lo i LMS cung c p b i hãng LMS c s n xu t n m 2010 t i B Hình 4.4. H th ng o ng LMS và màn hình làm vi c c a máy 4.3. Ph ươ ng pháp xác nh gia t c, bi n d ng c a k t c u - o gia t c dao ng t i v trí nào ó ca k t c u, ta ti n hành gn u o gia t c c nh t i im c n o, ph ơ ng tr c u o trùng v i ph ơ ng c n o gia t c nh hình 4.5. - o bi n d ng t i m t im thu c k t c u, g n t m in tr lên b m t c a k t c u, theo ph ơ ng c n o bi n d ng nh hình 4.6. Hình 4.5. nh v gia t c, h ng Hình 4.6. Gn t m in tr o bi n u o theo ph ơ ng OX dng theo ph ơ ng tr c c c chính
20. 18 4.4. C ơ s phân tích và x lý s li u thí nghi m - S l n thí nghi m m i ch tiêu là 10 l n. - X lý các s li u th ng kê, k t qu là các th áp ng v gia t c, bi n d ng theo th i gian, áp ng biên - tn s và theo ó có c các giá tr l n nh t c a các i l ng o. 4.5. Thí nghi m và k t qu thí nghi m 4.5.2. Thí nghi m xác nh áp ng ng c a h giàn thép không gian mô ph ng m t d ng công trình bi n DKI t i b t o sóng 4.5.2.1. Mô t ả thí nghi ệm: - Thí nghi m c th c hi n t i b t o sóng thu c phòng thí nghi m tr ng im qu c gia - Vi n Khoa h c Th y l i. - Chân c a các c c chính và c c váy c nh v ch t v i sàn b bng m t bích và bu lông. T i v trí chân c t chính ( im D1 g n ngàm) ti n hành g n t m in tr o áp ng bi n d ng và t i các t ng 1,2,3 ca giàn t ơ ng ng là im D2, D3, D4 (t cao xu ng th p) g n u o gia t c theo ph ơ ng OX theo th i gian. - Ti tr ng sóng sinh ra trong b tác ng tr c ti p lên k t c u, sóng do máy t o ra là sóng hình sin. 4.5.2.2. Thí nghi ệm và k ết qu ả: Chi u cao sóng 20cm, chu k T=5s, m c n c t nh h= 40cm. Bng chơ ng trình tính 3D_FRAME_CORAL_2014 phân tích bài toán, v i thi gian tính t cal = 800s, b c th i gian tích phân ∆t = 1,0s, k t qu c so sánh v i th c nghi m v áp ng gia t c t i các im o D2, D3 và áp ng biên - tn s 0.8 0.6 1.25 Ly thuyet Ly thuyet 0.6 Thuc nghiem Thuc nghiem 0.4 0.4 1 0.2 0.2 ] ] 2 2 0.75 0 0 Bien do Bien -0.2 -0.2 0.5 Gia toc a[m/s Gia Gia toc a[m/s toc Gia -0.4 -0.4 -0.6 0.25 -0.6 -0.8 -1 -0.8 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Thoi gian t[s] Thoi gian t[s] Tan so f[Hz] a. T ại điểm D2 b. Tại điểm D3 Hình 4.12. áp ng gia t c Hình 4.13. áp ng ti các im o biên - tn s
21. 19 Bng 4.1. Giá tr ln nh t c a gia t c t i các im o im D2[m/s 2] im D3[m/s 2] im D4[m/s 2] Th c LT Sai s ố Th c LT Sai s ố Th c LT Sai s ố nghi m (KTT) (%) nghi m (KTT) (%) nghi m (KTT) (%) 0,4266 0,4932 13,5 0,5728 0,6375 11,3 0,77 0,85 10,2 Kt qu giá tr bi n d ng l n nh t theo ph ơ ng tr c thanh t i D1 là -4 εmax =0,42 ⋅ 10 t c t i th i im t = 248s. Bng 4.2. Các t n s dao ng riêng u tiên c a h Tn s riêng f[Hz] f1 f2 f3 f4 f5 Th c nghi m 1,03 7,18 12,06 17,46 23,83 Lý thuy t (KTT) 1.14 7.86 13.28 19.42 26.68 Sai s ố [%] 10,68 9,47 10,12 11,23 11,96 Nh n xét: Kt qu thí so sánh v i lý thuy t theo mô hình không tơ ng tác (KTT) có sai s l n nh t c a gia t c 13,5% và t n s riêng (trong 5 t n s riêng u tiên) 11,96% là ch p nh n c. K t qu thí nghi m có giá tr tham kh o, nghiên c u. 4.5.2. Thí nghi m xác nh áp ng ng c a h liên h p giàn thép - b ch a trên n n san hô bãi c n ven o Song T Tây ch u tác d ng ca xung l c va ch m Th c hi n t i bãi c n c a o Song T Tây - qu n o Tr ng Sa trong n i dung nghiên c u c a tài c p Nhà n c, mã s KC.09.26/11-15, tác gi lu n án là thành viên tham gia. 4.5.2.1. Mô t ả thí nghi ệm: Ti 4 v trí c n o thu c giàn Bể ch ứa (im K 1, K 2: thu c cc chính, cách mt d i sàn công tác 0,3m; im K 3: sensor im giao gi a nh c c chính và sàn Giàn thép công tác; im K 4: im gi a, phía trên giàn công tác), lp t 4 u o gia t c d c tr c x và tr c y nh hình Máy đo Búa t ạo 4.14.Ti tr ng do xung l c búa va xung ch m t i chính gi a thanh ngang, cách nn san hô 1,2 m, ph ơ ng tác d ng là ox ho c oy. Hình 4.14. Sơ thí nghi m
22. 20 4.5.2.2. Thí nghi ệm và k ết qu ả: Theo m i ph ơ ng (ox, oy)th c hi n 10 l n t o xung xác nh 1 ch tiêu. K t qu thu c áp ng gia t c t i các im g n c m bi n gia tc b i 4 kênh K 1, K 2, K 3, K 4 và áp ng biên - tn s c a h . S d ng ch ơ ng trình 3D_FRAME_CORAL_2014 tính toán v i th i gian tính t cal = 5s, b c th i gian tích phân ∆t = 0,001s. 0.15 Thuc nghiem 0.02 Ly thuyet Thuc nghiem 0.1 0.015 Ly thuyet 0.01 0.05 0.005 0 0 Chuyen vi [cm] -0.005 -0.05 Chuyen vi [cm] -0.01 -0.1 -0.015 -0.02 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 Thoi gian t[s] Thoi gian t[s] a) Chuy ển v ị theo ph ươ ng x b) Chuy ển v ị theo ph ươ ng y Hình 4.17. áp ng chuy n v t i K 1 khi l c tác d ng theo ph ơ ng x 0.015 0.15 Thuc nghiem Thuc nghiem 0.01 Ly thuyet Ly thuyet 0.1 0.005 0.05 0 0 -0.005 Chuyen vi [cm] Chuyen vi [cm] -0.05 -0.01 -0.1 -0.015 -0.02 -0.15 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 Thoi gian t[s] Thoi gian t[s] a) Chuy ển v ị theo ph ươ ng x b) Chuy ển v ị theo ph ươ ng y Hình 4.18. áp ng chuy n v t i K 2 khi l c tác d ng theo ph ơ ng y 0.15 0.02 Thuc nghiem Thuc nghiem Ly thuyet 0.015 Ly thuyet 0.1 0.01 0.005 0.05 0 0 -0.005 Chuyen vi [cm] Chuyen vi [cm] -0.01 -0.05 -0.015 -0.1 -0.02 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 Thoi gian t[s] Thoi gian t[s] a) Chuy ển v ị theo ph ươ ng x b) Chuy ển v ị theo ph ươ ng y Hình 4.19. áp ng chuy n v t i K 3 khi l c tác d ng theo ph ơ ng x -3 0.15 x 10 Thuc nghiem 8 Ly thuyet Thuc nghiem 0.1 6 Ly thuyet 4 0.05 2 0 0 -2 Chuyen vi [cm] -0.05 Chuyen vi [cm] -4 -6 -0.1 -8 -10 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 Thoi gian t[s] Thoi gian t[s] a) Chuy ển v ị theo ph ươ ng x b) Chuy ển v ị theo ph ươ ng y Hình 4.20. áp ng chuy n v t i K 4 khi l c tác d ng theo ph ơ ng x
23. 21 x 10 -3 x 10 -3 x 10 -3 1.2 1.2 Ly thuyet Ly thuyet Ly thuyet Thuc nghiem Thuc nghiem Thuc nghiem 1 1 1 0.8 0.8 0.8 0.6 0.6 0.6 Bien do [m] do Bien [m] doBien Biendo[m] 0.4 0.4 0.4 0.2 0.2 0.2 0 0 0 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 Tan so [Hz] Tan so [Hz] Tan so [Hz] Ti K1,l c ph ơ ng x Ti K2,l c ph ơ ng y Ti K3,l c ph ơ ng x Hình 4.21, 4.22. 4.23. áp ng biên - tn s Bng 4.3. Giá tr ln nh t c a chuy n v ti các im o Chuy n v o t i sensor K 1 khi l c tác d ng theo ph ươ ng x Chuy n v theo ph ơ ng x [cm] Chuy n v theo ph ơ ng y [cm] Th ực Lý thuy ết Sai s ố Th ực Lý thuy ết Sai s ố nghi ệm (Mô hình TT) (%) nghi ệm (Mô hình TT) (%) 0,1071 0,0801 25,2 0,0154 0,0134 12,9 Chuy n v o t i sensor K 2 khi l c tác d ng theo ph ươ ng y Chuy n v theo ph ơ ng x [cm] Chuy n v theo ph ơ ng y [cm] Th ực Lý thuy ết Sai s ố Th ực Lý thuy ết Sai s ố nghi ệm (Mô hình TT) (%) nghi ệm (Mô hình TT) (%) 0,0161 0,0109 32,3 0,1102 0,0860 21,9 Chuy n v o t i sensor K 3 khi l c tác d ng theo ph ươ ng x Chuy n v theo ph ơ ng x [cm] Chuy n v theo ph ơ ng y [cm] Th ực Lý thuy ết Sai s ố Th ực Lý thuy ết Sai s ố nghi ệm (Mô hình TT) (%) nghi ệm (Mô hình TT) (%) 0,1183 0,0846 28,5 0,0179 0,0137 23,4 Chuy n v o t i sensor K 4 khi l c tác d ng theo ph ươ ng x Chuy n v theo ph ơ ng x [cm] Chuy n v theo ph ơ ng y [cm] Th ực Lý thuy ết Th ực Lý thuy ết Sai s ố Sai s ố (%) nghi ệm (Mô hình TT) nghi ệm (Mô hình TT) (%) 0,1023 0,0785 23,3 0,0061 0,0045 26,2
24. 22 Bng 4.4. Các t n s dao ng riêng u tiên c a h Tn s riêng f[Hz] f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 Th c nghi m 7,28 7,62 8,18 22,73 30,11 30,94 44,41 Lý thuy t 10,06 10,22 10,56 26,81 33,82 34,95 49,86 (Mô hình TT) Sai s ố [%] 27,63 25,44 22,54 15,22 10,97 11,47 10,93 Nh n xét: Khi l c tác d ng theo ph ơ ng x (ho c ph ơ ng y) thì theo ph ơ ng còn l i (ph ơ ng y ho c ph ơ ng x), các im trên k t c u v n có chuy n v , tuy nhiên giá tr nh h ơn nhi u so v i khi o chuyn v theo ph ơ ng tác d ng l c. Sai khác gi a tính toán lý thuy t và th c nghi m là do mô hình tính toán m i ch ph n ánh g n úng b n ch t c a k t c u, nn, t i tr ng tác ng c ng nh các iu ki n làm vi c th c t c a h . 4.6. K t lu n ch ươ ng 4 Các b s li u thí nghi m có giá tr làm phong phú thêm k t qu và tài li u nghiên c u. Kt qu thí nghi m và kh o sát trên các mô hình bng ch ơ ng trình tính 3D_FRAME_CORAL_2014 là khá ng d ng v quy lu t. KT LU N VÀ KI N NGH 1. Nh ng óng góp m i c a lu n án - Xây d ng các quan h ng x , thu t toán PTHH và ch ơ ng trình tính 3D_FRAME_CORAL_2014 phân tích ng l c phi tuy n liên k t ca k t c u công trình bi n c nh h thanh ch u tác d ng c a t i tr ng sóng và gió, s d ng mô hình bài toán không gian khi k t c u và n n san hô t ơ ng tác và không t ơ ng tác. Trong ó t i tr ng sóng tính theo lý thuy t sóng Stoke b c 2 và t i tr ng gió tính theo ph ơ ng pháp áp ng vn t c gió theo th i gian. Ch ơ ng trình tính ã c ki m tra b o m tin c y.
25. 23 - Gi i nhi u bài toán trên mô hình tính h thanh mô ph ng s làm vi c c a d ng công trình DKI/7 v i n n san hô, trong ó các thông s v mô hình tính, t i tr ng, v t li u, kích th c hình h c thay i cho th y s nh h ng c a các y u t này n ph n ng ng c a h . Trên c ơ s ó, tác gi a ra c các nh n xét nh tính, các khuy n cáo k thu t có ý ngh a th c ti n. - Kt qu th c nghi m t i hi n tr ng o và t i b t o sóng trong phòng thí nghi m cùng v i k t qu tính toán lý thuy t b ng ch ơ ng trình tính 3D_FRAME_CORAL_2014 trên các mô hình, iu ki n t ơ ng t là khá ng d ng v quy lu t, sai s trong ph m vi ch p nh n c, iu này m t l n n a ã góp ph n kh ng nh tin c y c a thu t toán và ch ơ ng trình tính 3D_FRAME_CORAL_2014 ã l p Ch ơ ng 2. - B s li u thí nghi m hi n tr ng t i o Song T Tây và trong b to sóng có giá tr làm phong phú thêm k t qu và tài li u nghiên c u áp ng ng c a h thanh theo các quan ni m t ơ ng tác v i n n và không t ơ ng tác v i n n, ch u tác d ng c a xung l c va ch m và tác dng c a t i tr ng sóng. - Ph ơ ng pháp tính và k t qu nghiên c u c a lu n án là tài li u có th tham kh o trong tính toán, thi t k , l a ch n các thông s h p lý cho các công trình bi n h thanh trên n n san hô nh các nhà giàn DKI ph c v an ninh qu c phòng và kinh t bi n. 2. M t s ki n ngh - Nh ã có nhi u k t lu n, v t li u san hô và n n san hô có tính phân tán cao, nên k t qu c a lu n án b c u ch m i có giá tr mang tính tham kh o v ph ơ ng pháp và công c tính. Do ó, ng v i m t v trí c th có ý nh xây d ng công trình, c n ph i có kh o sát k nh m xác nh ch tiêu k thu t, xây d ng chính xác mô hình n n san hô t i ó thì hi u qu ng d ng c a lu n án cao h ơn.
26. 24 - Phân tích ng l c h c k t c u h thanh làm vi c ng th i v i nn san hô, trong ó có k n tính ch t dòn và làm vi c m t chi u c a nn, s d ng mô hình bài toán không gian là v n khá ph c t p, song kt qu ph n ánh sát th c s làm vi c c a h h ơn so v i các mô hình tính truy n th ng t tr c n nay. - Vi các thông s tính toán c a m t công trình DKI/7 và thông s nn san hô, t i tr ng tính toán nh bài toán mà lu n án ã xét, theo quan im iu ki n b n và iu ki n c ng, cho th y: + Mô un àn h i v t li u c a c c chính và c c ph nên ch n trong kho ng 0,915 ×10 11 N/m 2 n 2,064 ×10 11 N/m 2 là h p lý. + Kích th c c c: ng kính ngoài c a c c chính nên ch n t 1,03m n 1,50m. ng kính ngoài c a c c ph nên ch n t 1,03m n 1,44m. Chi u dày thành ng c c chính, c c ph nên ch n t 1,80cm n 2,60 cm. + Kích th c thanh gi ng: ng kính ngoài nên ch n t 0,48m n 0,70m và chi u dày thành ng nên ch n t 2,46cm n 3,24cm. + Theo quan ni m k t c u và n n không t ơ ng tác, khi tính toán, chi u sâu ngàm có th l y t 5D n 6D là h p lý. - Ni dung nghiên c u c a lu n án có th phát tri n theo các h ng sau: + Nghiên c u dao ng và n nh cho k t c u công trình bi n h thanh ch u tác d ng ng th i c a ti tr ng sóng và gió, s d ng theo mô hình bài toán không gian, v i quan ni m công trình và n n san hô làm vi c ng th i. + Nghiên c u, tính toán nh m gi m dao ng cho k t c u công trình bi n h thanh theo quan ni m k t c u và n n làm vi c ng th i, s dng mô hình bài toán không gian. - Nghiên c u th c nghi m trên mô hình, ngoài th c a t ơ ng tác gi a k t c u h thanh và n n ch u tác d ng c a các lo i t i tr ng mô ph ng sóng bi n, gió, dòng ch y, vv.
27. DANH M ỤC CÔNG TRÌNH C ỦA TÁC GI Ả 1. Nguy ễn Thái Chung, Lê Hoàng Anh, Đào Nh ư Mai (2013), Phân tích, ánh giá hi u qu c a m t s gi i pháp k t c u i v i công trình bi n DK1 ch u tác d ng ca t i tr ng sóng và gió theo mô hình bài toán không gian , Tuy ển t ập H ội ngh ị khoa h ọc toàn qu ốc C ơ h ọc v ật r ắn bi ến d ạng l ần th ứ XI n ăm 2013, tr.153-162. 2. Nguy ễn Thái Chung, Hoàng Xuân L ượng, Nguy ễn V ăn Chình, Lê Hoàng Anh (2013), Phân tích ng l c h c công trình bi n c nh h thanh trên n n san hô ch u tác d ng c a ti tr ng sóng và gió , Tuy ển t ập H ội ngh ị khoa h ọc toàn qu ốc C ơ h ọc v ật r ắn bi ến d ạng l ần th ứ XI n ăm 2013, tr.163-173. 3. Nguy ễn Thái Chung, Lê Hoàng Anh, Đào Nh ư Mai (2014), Phân tích, ánh giá hi u qu c a m t s gi i pháp k t c u i v i công trình bi n DK1 ch u tác dng c a t i tr ng sóng và gió theo mô hình bài toán không gian , Tuy ển t ập công trình H ội ngh ị C ơ h ọc k ỹ thu ật toàn qu ốc k ỷ ni ệm 35 n ăm thành l ập Vi ện cơ h ọc, T ập 2, 6-2014, tr.49-54. 4. Nguy ễn Thái Chung, Tr ần V ăn Bình, Lê Xuân Thùy, Lê Hoàng Anh (2014), Nghiên c u th c nghi m xác nh ph n ng ng c a h liên h p giàn thép không gian – b ch a trên n n san hô t i o Song T Tây , T ạp chí KH&CN Bi ển, T ập 14, S ố 4, 12-2014, tr.398-405. 5. Nguy ễn Thái Chung, Lê Hoàng Anh (2015), Tính toán ng l c h c công trình bi n c nh h thanh không gian ch u tác d ng c a t i tr ng sóng và gió vi mô hình lý thuy t sóng Stoke b c 2 , T ạp chí KH&CN Bi ển, T ập 15, S ố 2, 6- 2015, tr.200-208. 6. Nguy ễn Thái Chung, Lê Hoàng Anh, Nguy ễn Thanh H ưng (2015), Nghiên c u ph n ng ng c a công trình DKI ch u tác d ng c a t i tr ng sóng s d ng mô hình h thanh không gian và n n san hô làm vi c ng th i, Tuy ển t ập H ội ngh ị khoa h ọc toàn qu ốc C ơ h ọc v ật r ắn bi ến d ạng l ần th ứ XII n ăm 2015, tr.185-192. 7. Nguy ễn Thái Chung, Lê Hoàng Anh, Nguy ễn Thanh H ưng (2015), Nghiên cu gi m giao ng c a công trình DKI ch u tác d ng c a t i tr ng sóng s dng mô hình t ươ ng tác y h thanh không gian - nn san hô và thi t b tiêu tán n ng l ưng TMD , Tuy ển t ập công trình H ội ngh ị C ơ học k ỹ thu ật toàn qu ốc n ăm 2015, T ập 1, tr.185-192. 8. Nguy ễn Thái Chung, Lê Hoàng Anh, Lê Xuân Thùy (2015), Phân tích ng lc h c h liên h p giàn thép không gian – b ch a trên n n san hô ch u tác dng ng th i c a t i tr ng sóng và gió , Tuy ển t ập công trình H ội ngh ị C ơ học k ỹ thu ật toàn qu ốc n ăm 2015, T ập 1, tr.239-246.