ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------------

TRẦN VĂN PHƯƠNG

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊNH HƯỚNG MÀNG MỎNG
ĐẾN ỨNG XỬ CỦA DẦM TENSAIRITY

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH
DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng - Năm 2022


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------------

TRẦN VĂN PHƯƠNG

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊNH HƯỚNG MÀNG MỎNG
ĐẾN ỨNG XỬ CỦA DẦM TENSAIRITY

Chun ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình
Dân Dụng và Công Nghiệp
Mã số: 8.58.02.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. NGUYỄN QUANG TÙNG

Đà Nẵng - Năm 2022


i
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác.
Đà Nẵng, ngày 05 tháng 05 năm 2022

Trần Văn Phương

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i
MỤC LỤC .................................................................................................................. ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ...............................................................................................iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..................................................................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH...................................................................................vi
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CẤU KIỆN CHỊU UỐN .............................................3
1.1 Cấu kiện chịu uốn cổ điển .........................................................................................3
1.1.1 Dầm thép ........................................................................................................3

1.1.2 Dầm bê tông cốt thép .....................................................................................4
1.1.3 Dầm gỗ ...........................................................................................................4
1.1.4 Kết cấu dàn chịu lực ......................................................................................5
1.2 Một số kết cấu chịu uốn mới .....................................................................................6
1.2.1 Dầm thổi phồng .............................................................................................6
1.2.2 Kết cấu Tensegrity .........................................................................................9
1.2.3 Kết cấu Tensairity ..........................................................................................9
1.3 Một số cơng trình nghiên cứu về sự làm việc của kết cấu dầm Tensairity .............10
1.3.1 Ứng xử của vật liệu ......................................................................................10
1.3.2 Sự thổi phồng của ống màng mỏng .............................................................13
1.3.3 Độ võng của dầm Tensairity ........................................................................15
1.3.4 Lực căng trong dây cáp ................................................................................18
1.4 Kết luận chương ......................................................................................................19
Chương 2 NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA DẦM TENSAIRITY BẰNG
PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ..................................................................20
2.1 Tổng quan về phương pháp phần tử hữu hạn ..........................................................20
2.2 Loại phần tử trong mơ phỏng ..................................................................................21
2.3 Các bước mơ hình hóa trên phần mềm ABAQUS. .................................................22
2.3.1 Xác định hệ đơn vị dùng để mơ hình hóa trong Abaqus .............................22
2.3.2 Xây dựng cấu kiện (Part) .............................................................................22
2.3.3 Khai báo đặc trưng vật liệu ..........................................................................24
2.3.4 Định nghĩa thuộc tính mặt cắt ......................................................................27
2.3.5 Lắp ghép cấu kiện ........................................................................................29
2.3.6 Thiết lập các bước phân tích ........................................................................29
2.3.7 Tương tác giữa các phần tử..........................................................................31

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ



iii
2.3.8 Gán tải trọng và điều kiện biên cho mô hình ...............................................32
2.3.9 Chia lưới cho cấu kiện trong mơ hình .........................................................33
2.3.10 Cơng tác phân tích dữ liệu mơ phỏng ........................................................34
2.3.11 Xem kết quả mô phỏng ..............................................................................35
2.4 Ảnh hưởng của định hướng vật liệu đến ứng xử của dầm Tensairity .....................35
2.4.1 Ảnh hưởng của định hướng vật liệu đến kích thước dầm thổi phồng .........36
2.4.2 Ảnh hưởng của định hướng vật liệu đến lực căng trước trong dây cáp ......37
2.4.3 Ảnh hưởng của định hướng vật liệu đến chuyển vị của dầm Tensairity .....39
2.5 Kết luận....................................................................................................................40
Chương 3. NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA DẦM TENSAIRITY BẰNG
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ..........................................................................41
3.1 Mơ hình thí nghiệm dầm Tensairity ........................................................................41
3.1.1 Các thành phần cơ bản .................................................................................41
3.1.2 Liên kết trong dầm Tensairity......................................................................42
3.2 Thí nghiệm đo chuyển vị của dầm Tensairity có định hướng màng mỏng bất kỳ ..46
3.3 Kết luận....................................................................................................................48
KẾT LUẬN .................................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊNH HƯỚNG MÀNG MỎNG ĐẾN ỨNG XỬ

CỦA DẦM TENSAIRITY
Học viên: Trần Văn Phương

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơng trình xây dựng

Mã số: 8.58.02.01 Khóa: K39 - ĐN Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt – Dầm Tensairity là kết cấu liên hợp bao gồm thanh chịu nén, dây cáp

và ống thổi phồng có tác dụng làm nền đàn hồi cho thanh nén và ổn định vị trí dây
cáp. Các lý thuyết tính tốn đã được xây dựng từ các cơng trình nghiên cứu trước
đây, luận văn này tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của định hướng vật liệu đến
ứng xử của dầm Tensairity bằng phương pháp số và bằng các phép đo thực nghiệm.
Kết quả nghiên cứu cho thấy định hướng màng mỏng có ảnh hướng lớn đến biến
dạng của ống thổi phồng, lực căng trong dây cáp và độ cứng tổng thể của dầm.
Từ khóa – dầm Tensairity, định hướng vật liệu, mơ hình phần tử hữu hạn, nghiên cứu
thực nghiệm, lực căng, độ cứng.

INFLUENCE OF MATERIAL ORIENTATION ON THE BEHAVIOR OF
TENSAIRITY BEAMS
Abstract - Tensairity girder is a composite structure consisting of a compression
bar, cables and an inflatable tube that acts as an elastic foundation for the
compression bar and stabilizes the position of the cables. Analytical theories have
been built from previous studies, this thesis focuses on studying the influence of
material orientation on the behavior of Tensairity beams by numerical methods and
by experimental measurements. The results show that the material orientation has a
great influence on the deformation of the inflatable tube, the tension in the cable and
the overall stiffness of the beam.
Key words - Tensairity beams, material orientation, finite element modeling,
experimental studies, tension, stiffness.


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Số hiệu
bảng

Tên bảng

Trang

3.1.

Tính chất cơ lý của vải Ferrari F502

42

2.1.

Hệ số đàn hồi của vật liệu màng mỏng

35

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ



vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Số hiệu
hình

Tên hình

Trang

Kết cấu Tensairity

1

1.1.

Dầm thép trong cơng trình xây dựng

3

1.2.

Ứng dụng dầm bê tơng cốt thép trong cơng trình xây dựng

4

1.3.

Một số dầm gỗ được sử dụng trong cơng trình xây dựng


5

1.4.

Kết cấu dàn trong cơng trình xây dựng

5

1.5.

Kết cấu thổi phồng được sử dụng tạm thời

6

1.6.

Một số cơng trình thổi phồng được ứng dụng trong đời sống

7

1.7.

Những sân vận động với mái vòm sử dụng kết cấu thổi phồng

8

1.8.

Một số cơng trình ứng dụng Tensegrity


9

1.9.

Một số cơng trình ứng dụng Tensairity

10

1.10.

Cấu tạo vải kỹ thuật

11

1.11.

Kích thước hình học ban đầu của ống

13

1.12.

Thí nghiệm đo biến dạng ống thổi phồng

14

1.13.

Sơ đồ bố trí các cảm biến đo biến dang


15

1.14.

Sơ đồ làm việc của dầm Tensairity

15

1-15.

Mô hình dầm Tensairity

17

2.1.

Các phần tử được sử dụng trong mơ hình

21

2.2.

Khởi tạo mơ hình dầm màng mỏng

22

2.3.

Khởi tạo mơ hình thanh nén


23

2.4.

Thuật tốn Python để tạo đường xoắn ốc

24

2.5.

Mơ hình dây cáp

24

2.6.

Mơ hình vải kỹ thuật

25

2.7.

Khai báo thơng số kỹ thuật của vật liệu màng mỏng

25

2.8.

Các phương trực giao của vật liệu màng mỏng


26

2.9.

Định hướng vật liệu so với trục ống thổi phồng

26

2.10.

Khai báo định hướng vật liệu

26

2.11.

Quan hệ ứng suất –biến dạng khái quát hóa của cốt thép

27

2.12.

Khai báo thông số kỹ thuật của vật liệu thép

27

2.13.

Định nghĩa thuộc tính mặt cắt dầm màng mỏng


28

2.14.

Định nghĩa thuộc tính mặt cắt thanh nén

28

1.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


vii
Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

2.15.

Định nghĩa thuộc tính mặt cắt dây cáp

29


2.16.

Lắp ghép cấu kiện

29

2.17.

Thiết lập các bước phân tích

30

2.18.

Khai báo ổn định cho sự hội tụ của phép tính

30

2.19.

Lựa chọn dữ liệu được xuất ra sau khi phân tích mơ hình

31

2.20.

Khai báo tiếp xúc

31


2.21.

Khai báo ràng buộc Tie

32

2.22.

Khai báo điều kiện biên cho dầm

32

2.23.

Khai báo tải trọng tác dụng

33

2.24.

Chia lưới cho dầm màng mỏng

34

2.25.

Dầm Tensairity sau khi chia lưới

34


2.26.

Phân tích mơ hình

34

2.27.

Kết quả phân tích mơ hình

35

2.28.

Biến thiên bán kính ở trạng thái thổi phồng R=0.15m, p=30
kPa

36

2.29.

Biến thiên mô đun đàn hồi dọc theo chu vi ống

37

2.30.

Biến dạng của ống thổi phồng khi bị dây cáp ép mặt


37

2.31.

Biến thiên lực căng trước trong dây cáp, R=0.15m, p=30 kPa

38

2.32.

Biến thiên lực căng trong dây cáp, R=0.15m, p=30 kPa

39

2.33.

Chuyển vị giữa dầm vs góc định hướng, R=0.15m, p=30 kPa

39

3.1.

Thép hộp

41

3.2.

Đo và cắt thép hộp


42

3.3.

Định vị và hàn ren

43

3.4.

Cố định dây cáp vào ren

43

3.5.

Dầm Tensairity phương pháp neo trước

44

3.6.

Thiết bị bơm khí

45

3.7.

Thiết bị đo áp suất


45

3.8.

Indicator dùng để đo chuyển vị

46

3.9.

Độ võng giữa dầm Tensairity – Phương pháp neo trước

47

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


1

MỞ ĐẦU
1) Tính câp thiết
Ngày nay, kết cấu được cấu tạo từ vải kỹ thuật ngày càng được ứng dụng rộng
rãi. Các tấm vải kỹ thuật thường được tạo hình thành những ống kín, được thổi khí vào
để có thể chịu được tải trọng bản thân cũng như chịu các tải trọng khác gọi là các ống
thổi phồng. Các ống thổi phồng này được liên kết với nhau để tạo nên khung chịu lực
chính trong rất nhiều cơng trình xây dựng trên thế giới như mái vòm sân vận động, nhà
triển lãm, các nhà tạm dùng trong trường hợp khẩn cấp hoặc các lều trại quân đội, các
cầu tạm... Dạng kết cấu này được gọi chung là kết cấu thổi phồng. Kết cấu thổi phồng

này có ưu điểm là tiện dụng, dễ dàng vận chuyển lắp dựng. Tuy nhiên chỉ thích hợp
cho những trường hợp khẩn cấp, khó có thể sử dụng lâu dài. Ngoài ra, nhược điểm cố
hữu của loại kết cấu thổi phồng này là khả năng chịu lực rất bé.
Nhằm mục đích cải thiện hiệu quả sử dụng vật liệu, tăng khả năng chịu lực mà
không làm tăng trọng lượng bản thân kết cấu, dạng kết cấu chịu uốn Tensairity ra đời.
Kết cấu này bao gồm 1 thanh thanh chịu nén được liên kết với ổng thổi phồng có chức
năng làm nền đàn hồi cho thanh nén nhờ được liên kết với hệ thống dây cáp. Dạng kết
cấu này sở hữu ưu điểm của các kết cấu truyền thống là khả năng chịu lực cao; và ưu
điểm của kết cấu thổi phồng là trọng lượng bản thân nhẹ, tính cơ động cao. Hiện nay
trên thế giới, đã có nhiều cơng trình được thực hiện theo dạng này, điển hình có thể kể
đến cầu Pont de Val-Cenis ở Pháp và rất nhiều kết cấu khác (xem Hình 1).

a) Pont de Val-Cenis (Pháp)

b) Garage ơ-tơ (Thụy Sĩ)

Hình 1: Kết cấu Tensairity
Trong dạng kết cấu này, tương tác giữa các thành phần cấu kiện với nhau có
ảnh hưởng rất lớn đến ứng xử tổng thể của kết cấu. Biến dạng của ống màng mỏng
có tác động đến lực căng trong dây cáp và tương tác đến thanh nén, qua đó ảnh
hưởng đến độ cứng tổng thể của dầm. Biến dạng này của dầm lại phụ thuộc vào

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


2
định hướng vật liệu cấu tạo lên nó. Lực căng trong dây cáp lại phụ thuộc vào
phương pháp neo cáp và biến dạng của ống thổi phồng. Các ứng xử này chưa được

nghiên cứu trước đây. Do đó, đề tài:
“Ảnh hưởng của định hướng màng mỏng đến ứng xử của dầm Tensairity”
là cần thiết và có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
2) Mục tiêu của đề tài
- Tổng hợp các cơng thức tính tốn dầm Tensairity;
- Nghiên cứu ứng xử của dầm Tensairity bằng mơ hình phần tử hữu hạn và bằng
thực nghiệm;
3) Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu
❖ Cách tiếp cận:
- Dựa trên những kết quả nghiên cứu mới nhất về kết cấu màng mỏng thổi phồng,
kết cấu dây cáp chịu lực và kết cấu dầm Tensairity, tổng hợp các lý thuyết tính tốn để
phân tích ứng xử của dầm Tensairity;
- Kết hợp với việc phân tích mơ hình máy tính với các số liệu thí nghiệm, phân
tích ứng xử của dầm Tensairity.
❖ Phương pháp nghiên cứu:
- Sử dụng các phương pháp phân tích giải tích để tổng hợp các cơng thức tính
tốn dầm Tensairity;
- Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn để nghiên cứu ứng xử của kết cấu dầm
Tensairity;
- Đo đạc thực nghiệm để nghiên cứu ứng xử thực tế của dầm Tensairity
4) Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu gồm:
Mở đầu
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CẤU KIỆN CHỊU UỐN
Chương 2. NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA DẦM TENSAIRITY BẰNG
PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
Chương 3. NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA DẦM TENSAIRITY BẰNG
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
KẾT LUẬN


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


3

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CẤU KIỆN CHỊU UỐN
Chương này đề cập đến các cấu kiện chịu uốn cơ bản như dầm và dàn được cấu
tạo từ các vật liệu cổ điển như gỗ, bê tông cốt thép và thép. Các cấu kiện chịu lực cổ
điển này có ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng nhất định. Ngoài ra, để hướng tới phát
triển bền vững, nhiều cấu kiện chịu lực mới được đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả sử
dụng vật liệu, tăng khả năng chịu lực mà vẫn đảm bảo hạn chế trọng lượng cấu kiện.
Điển hình là cấu kiện thổi phồng, kết cấu dạng tensegrity và đặc biệt là sự phối hợp
giữa cấu kiện thổi phồng và tensegrity để tạo nên cấu kiện chịu uốn dạng Tensairity –
cấu kiện có khả năng chịu lực tốt, đồng thời hạn chế tối đa trọng lượng kết cấu.
Một số nghiên cứu về vật liệu vải kỹ thuật, ứng xử của dầm màng mỏng thổi
phồng, ứng xử của dầm Tensairity cũng được đề cập đến trong chương này.
1.1 Cấu kiện chịu uốn cổ điển
Dầm là cấu kiện dạng thanh chịu tải trọng vng góc với trục cấu kiện. Dầm
thường được sử dụng như kết cấu chịu lực trong các cơng trình xây dựng. Dầm có thể
được cấu tạo từ nhiều vật liệu khác nhau như: thép, bê tông cốt thép, gỗ…
1.1.1 Dầm thép
Dầm thép được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng như cấu kiện chịu
lực chính trong cơng trình thép hoặc cơng trình liên hợp thép – bê tơng cốt thép. Tùy
vào hình dạng cơng trình, khơng gian, ứng dụng... mà người ta sử dụng những hệ kết
cấu phù hợp. Cũng như các vật liệu khác, kết cấu thép cũng có những ưu và nhược
điểm riêng.


a) Dầm thép trong kết cấu thép

b) Dầm thép trong kết cấu liên hợp

Hình 1.1. Dầm thép trong cơng trình xây dựng
Loại này có ưu điểm là hình dáng đa dạng ít phụ, có thể áp dụng linh hoạt cho
mọi cơng trình; dễ sữa chữa, bảo dưỡng hoặc gia cường để nâng cao khả năng chịu

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


4
lực; thi công nhanh, dễ đảm bảo yêu cầu về khả năng chịu lực. Tuy nhiên, dầm thép
cũng có các nhược điểm cố hữu như: giá thành cao, vật liệu đa phần phải nhập khẩu từ
nước ngoài, chịu lửa kém, chịu sự ăn mịn bởi tác động của mơi trường, độ ẩm...
1.1.2 Dầm bê tông cốt thép
Bê tông cốt thép ngày nay được sử dụng rộng rãi trong nghành công nghiệp
xây dựng và trở thành một trong những vật liệu được xây dựng chủ yếu trong và
ngồi nước.

b) Cơng trình giao thơng
a) Cơng trình xây dựng dân dụng
Hình 1.2. Ứng dụng dầm bê tơng cốt thép trong cơng trình xây dựng
Loại kết cấu này sở hữu nhiều ưu điểm khiến nó ngày càng được ứng dụng nhiều
trong lĩnh vực xây dựng như: đơn giản, dễ chế tạo, có thể sử dụng các loại vật liệu tại
địa phương (cát, đá...); chịu lực tốt, tuổi thọ cơng trình cao, chi phí bão dưỡng ít; thiết
kế và tạo hình dáng cho cấu kiện dễ dàng.
Tuy nhiên, bên cạnh các ưu điểm không thể bàn cãi thì loại kết cấu này cũng cịn

tồn tại một số nhược điểm nhất định như: trọng lượng bản thân lớn gây khó khăn trong
việc xây dựng kết cấu vượt nhịp lớn bằng BTCT thông thường; bê tông cốt thép dễ có
khe nứt ở vùng chịu kéo khi chịu lực, thông thương bề rộng khe nứt không lớn và ít
ảnh hưởng đến chất lượng sử dụng của kết cấu; thi cơng phức tạp, khó kiểm tra chất
lượng, gia cố hay sữa chữa.
1.1.3 Dầm gỗ
Gỗ là nguyên vật liệu được con người sử dụng rộng rãi và lâu đời. Ngoài việc
được sử dụng để chế tạo các vật dụng thường ngày thì gỗ cịn được sử dụng để làm kết
cấu chịu lực chính trong cơng trình.
Trước đây, kết cấu gỗ được sử dụng nhiều do vật liệu sẵn có, cơng nghệ thi công
đơn giản. Tuy nhiên, thời gian gần đây, xu hướng sử dụng gỗ làm kết cấu chịu lực

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


5
được giảm dần nhằm bảo vệ mơi trường; ngồi ra kết cấu này có khả năng chịu lực
khơng cao, khả năng chống xâm thực thấp.

a) Nhà gỗ

b) Cầu gỗ

Hình 1.3. Một số dầm gỗ được sử dụng trong cơng trình xây dựng
1.1.4 Kết cấu dàn chịu lực
Một trong các nhược điểm cố hữu của dầm là khả năng chịu lực không quá lớn
và độ võng lớn khi vượt nhịp dài. Trong dầm, các vùng làm việc chính được phân bố ở
vùng kéo và vùng nén của tiết diện, còn vùng bụng của dầm hầu như không làm việc.

Điều này không chỉ gây tốn kém về mặt vật liệu mà còn ảnh hưởng lớn đến khả năng
chịu lực và khả năng vượt nhịp của dầm. Để nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu và
tăng khả năng chịu lực cho kết cấu, cần phải có biện pháp xử lý các vùng khơng tham
gia chịu lực này.
Kết cấu dàn từ đó ra đời - được tổ hợp từ các phần tử dạng thanh. Về mặt tổng
quát, dàm cũng là cấu kiện chịu uốn như dầm, tuy nhiên dàn được thiết kế tối ưu hơn,
loại bỏ được những phần không cần thiết, các thành phần của dàn hầu như chỉ chịu kéo
hoặc nén nên có khả năng làm việc tốt hơn kết cấu dầm.

a) Dàn thép

b) Dàn gỗ
Hình 1.4. Kết cấu dàn trong cơng trình xây dựng

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


6
So với dầm, kết cấu dàn được thiết kế tối ưu hơn nên chịu lực và vượt nhịp tốt
hơn. Tuy nhiên việc chế tạo không hề đơn giản nên thường được áp dụng cho các cơng
trình vượt nhịp lớn.
1.2 Một số kết cấu chịu uốn mới
1.2.1 Dầm thổi phồng
Kết cấu màng mỏng là những kết cấu được làm bằng vải kỹ thuật và được ổn
định bằng cách tạo ra một ứng suất trước trong vải [1]. Dự ứng lực này được cung cấp
trong màng mỏng bằng cách:
- Đặt vào một ngoại lực làm căng màng mỏng. Đây là trường hợp của các kết
cấu kéo căng.

- Tạo ra một áp lực từ bên trong để chịu tải trọng bản thân và tải trọng bên
ngoài. Đây là lĩnh vực nghiên cứu của kết cấu màng mỏng thổi phồng.
- Trong lĩnh vưc này, có hai loại kết cấu khác nhau:
- Kết cấu được giữ vững bằng máy thổi khí: các kết cấu này được cấu thành từ
một lớp màng mỏng, và khả năng chịu tải trọng bản thân và tải trọng bên ngoài phụ
thuộc vào áp lực khí thổi vào.
- Kết cấu thổi phồng: loại kết cấu này được cấu tạo với hai lớp màng mỏng. Kết
cấu này tự chịu lực được, và tự tạo được hình dạng khi được thổi khí. Kết cấu này
được bịt kín, một khi được thổi đầy khí rồi thì khơng cần phải cung cấp khí liên tục
nữa. Trong một vài trường hợp cụ thể, kết cấu bị xì, nó sẽ được liên kết với máy để giữ
ngun áp suất thổi phồng cho kết cấu.
Đề xuất đầu tiên về 1 cơng trình thổi phồng được đưa ra bởi Frederick William
Lanchester, người được cấp bằng sáng chế vì đã thiết kế thành cơng một bệnh viện dã
chiến (xem Hình 1.5) vào năm 1917. Đó là một chiếc lều vải được thổi phồng với áp
suất thấp.

Hình 1.5. Kết cấu thổi phồng được sử dụng tạm thời

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


7
Trong những năm tiếp theo, mơ hình kết cấu thổi phồng đã được sử dụng trong
phạm vi các hoạt động ngắn hạn như tạm trú khẩn cấp sau khi thiên tai, lều của Hội
Chữ thập đỏ.... Đấy là những trường hợp cần những chỗ lưu trú khẩn cấp, nhanh chóng
và dễ tháo lắp
Năm 1970, Hội nghị triển lãm tại Osaka Nhật Bản được tổ chức với chủ đề “Sự
phát triển hài hịa của Nhân Loại “. Trong đó, chủ đề về cấu trúc vật liệu nhẹ trong xây

dựng được nhắc đến rất nhiều, lý do là vì Nhật Bản là một nước thường xuyên xảy ra
động đất. Từ thời điểm đó, mơ hình kết cấu thổi phồng ngày càng phát triển và được
áp dụng vào nhiều lĩnh vực chứ không chỉ trong việc xây dựng nhà tạm, ở đây sẽ là

những cơng trình bền vững hơn, lâu dài hơn. Có thể chỉ ra một số ví dụ như: bục
danh dự tại Tour de France, những nhà kho thổi phồng, nhà mái vịm, và cả những nhà
thờ thổi phồng… (xem Hình 1.6)
Kết cấu thổi phồng cũng có thể được lựa chọn vì lý do thẩm mỹ. Các kết cấu
dạng cong, màu sắc rực rõ, kết cấu đẹp và mê hoặc có thể được sử dụng để gây ấn
tượng với người xem. Chính vì vậy, kết cầu thổi phồng có thể được xem như là một
cuộc cách mạng của tương lai. Hai tác phẩm Leviathan và Air Forest (xem Hình 1.7)
chính là những minh chứng rõ ràng nhất cho lập luận đó.

Hình 1.6. Một số cơng trình thổi phồng được ứng dụng trong đời sống
Do trọng lượng nhẹ, các kết cấu màng mỏng thổi phồng này còn được sử dụng để
làm những mái che khổng lồ, ví dụ như mái che sân vận động Minesota Metrodome ở
Mỹ hay sân vận đông Tokyo Dome ở Nhật Bản (xem Hình 1.8). Việc sử dụng những
mái che kiểu màng mỏng thổi phồng này giúp giảm đáng kể chi phí xây dựng so với
một cơng trình thông thường.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


8

Hình 1.7. Những sân vận động với mái vịm sử dụng kết cấu thổi phồng
Trong một số trường hợp, những kết cấu màng mỏng thổi phồng này còn được sử
dụng như là những yếu tố phụ được kết nối với những kết cấu chịu lực chính nhằm

mục đích làm mới cơng trình, cũng như tăng tính thẩm mỹ. Ví dụ như trường hợp
Trung tâm vũ trụ quốc gia của Anh và sân Allianz Arena ở Đức.
Việc sử dụng các kết cấu dầm thổi phồng có nhiều lợi thế hơn khi so sánh với
những kết cấu thông thường tương đương. Sau đây là những điểm nổi bật của kết cấu
màng mỏng thổi phồng:
- Nó rất nhẹ và chỉ chiếm ít thể tích lưu kho.
- Chi phí sản xuất thấp.
- Thiết kế và chế tạo đơn giản hơn so với những kết cấu thông thường tương
đương. Khi công nghệ này được áp dụng rộng rãi thì những ứng dụng mới sẽ trở nên
đơn giản và dễ phát triển hơn.
- Những dự án không gian thành công đã chỉ ra rằng kết cấu dầm thổi phồng có
độ tin cây cao và dễ triển khai.
Kết cấu dầm thổi phồng có rất nhiều ưu điểm, tuy nhiên nó cũng có vài nhược
điểm cố hữu cần phải khắc phục như:
- Kết cấu có thể bị xì hơi. Các kết cấu thổi phồng thường được cấu tạo từ vải kỹ
thuật. Loại vải này được đan từ các sợi ngang và sợi dọc và sau đó được phủ một lớp
nhựa dẻo để bảo vệ. Những sợi vải tạo nên khả năng chịu lực cho tẩm vải kỹ thuật.
Khả năng chống thấm loại vải này được bảo đảm bởi các lớp phủ và các công nghệ
chế tạo khác nhau (hàn, dán…). Tuy nhiên sau vài ngày hoặc vài tuần, khả năng chống
thấm của lớp màng sẽ bị suy giảm do áp suất bên trong. Bởi vậy phải có một hệ thống
cung cấp khí để giữ ổn định và độ cứng của cấu trúc. Trong môi trường vũ trụ, đối với
những dự án không gian ngắn ngày, để khắc phục trường hợp kết cấu bị xì hơi, người
ta có thể cung cấp một lượng khí ga vừa đủ để giữ áp suất bên trong.
- Khó có được hình dạng phẳng. Có những hạn chế nhất định về hình dáng của

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ



9
kết dầm thổi phồng này. Bất kỳ màng thổi phồng nào (túi khí, ống, vịng hình xuyến)
đều có xu hướng hình dáng theo đường cong.
- Khả năng vận hành cịn nhiều hạn chế. So với những kết cấu truyền thống (gỗ,
kim loại) thì khả năng vận hành của kết cấu dầm thổi phồng có những hạn chế nhất
định. Khả năng chống thấm của nó phụ thuộc vào áp suất bên trong cấu trúc, cũng như
độ căng và tính chất của chất liệu vải. Có thể nói khả năng chịu lực của nó thấp hơn
những kết cấu truyền thống khác.
- Khả năng chịu lực kém không thể bằng các kết cấu thơng thường, có độ
võng cao.
1.2.2 Kết cấu Tensegrity
Kết cấu chịu uốn này được cấu tạo từ hai phần chính là thanh thép chịu nén và
dây cáp chịu kéo [2,3]. Kết cấu chịu uốn theo nguyên lý Tensegrity đã được ứng dụng
trong xây dựng một số cơng trình như: Cầu có khả năng vượt nhịp lớn. Tuy nhiên vẫn
chưa được ứng dụng nhiều do kết cấu dễ mất ổn định. So với các kết cấu cổ điển, kết
cấu Tensegrity có được các ưu điểm nhất định như sau:
- Có trọng lượng bản thân nhẹ hơn so với các kết cấu thông thường
- Vượt được nhịp lớn
- Tận dụng tối đa sự làm việc của vật liệu
Tuy nhiên, đi kèm với các ưu điểm đó là một số rủi ro khi vận hành. Khi chịu tải
trọng đổi chiều, kết cấu dễ mất ổn định và dẫn đến phá hoại.

Hình 1.8. Một số cơng trình ứng dụng Tensegrity
1.2.3 Kết cấu Tensairity
Tensairity là một ý tưởng thiết kế kết cấu chịu lực nhẹ hướng đến phát triển bền
vững; được tổ hợp từ thanh nén, dây cáp chịu kéo và dầm màng mỏng thổi phồng
[4,5]. Trong kết cấu Tensairity, từng thành phần chịu lực được phát huy tối đa hiệu
quả sử dụng: thanh nén chỉ chịu nén, dây cáp chỉ chịu kéo và dầm màng mỏng thổi
phồng có tác dụng tạo cánh tay địn cho cặp ngẫu lực “kéo-nén” cũng như đảm bảo sự


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


10
ổn định cho thanh nén. Do đó, dầm Tensairity sẽ nhẹ hơn rất nhiều so với một dầm cổ
điển. Dầm này sở hữu nhiều ưu điểm so với một dầm cổ điển có khả năng chịu lực
tương đương hoặc trọng lượng tương đương.
- Tận dụng tối đa sự làm việc của vật liệu;
- Kết cấu có khả năng chịu lực tốt;
- Trọng lượng nhỏ;
- Dễ vận chuyển, lắp dựng, chiếm ít vị trí khi lưu kho.
Tuy nhiên, như các kết cấu khác, Tensairity vẫn còn nhiều vấn đề cần khắc phục
để có thể sử dụng hiệu quả hơn:
- Khó đảm bảo độ bền theo thời gian do ống thổi phồng có thể bị hư hỏng;
- Khi một trong các thành phần cấu tạo nên kết cấu (ống thổi phồng, thanh nén,
dây cáp) gặp vấn đề thì có thể dẫn đến phá hoại tồn bộ hệ kết cấu;
- Cần bảo trì, bảo quản thường xuyên;
- Giá thành không nhất thiết rẻ hơn các kết cấu thơng thường.

Hình 1.9. Một số cơng trình ứng dụng Tensairity
1.3 Một số cơng trình nghiên cứu về sự làm việc của kết cấu dầm Tensairity
1.3.1 Ứng xử của vật liệu
❖ Cấu tạo của vải kỹ thuật
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại vải kỹ thuật khác nhau. Trong phạm vi
nghiên cứu của đề tài này, chúng ta chỉ xét các loại vải kỹ thuật mà các sợi vải được
dệt theo hai phương vng góc nhau. Loại vải này được cấu tạo từ hai nhóm sợi đan
vào nhau để tạo nên khả năng chịu lực chính cho tấm vải. Phía bên ngồi, các sợi vải
này được bọc bởi một lớp PVC (PolyVinyl Chloride) để đảm bảo khả năng chống

thấm cũng như để bảo vệ các sợi vải khỏi các tác nhân gây hại từ môi trường.
Các sợi vải được dệt theo phương chiều dài của tấm vải được gọi là các sợi dọc,
nhóm sợi được dệt theo phương vng góc (theo phương bề rộng của tấm vải) được
gọi là các sợi ngang [6,7].

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


11

Hình 1.10. Cấu tạo vải kỹ thuật
❖ Ứng xử cơ học của vải kỹ thuật
Các tấm vải kỹ thuật thường được dùng để tạo nên các kết cấu thổi phồng. Trong
phần trước, ta đã thấy được các ưu điểm của loại kết cấu này. Vây nên, việc tìm hiểu
nguyên lý làm việc và ứng xử của loại vải này sẽ giúp ích cho việc mơ hình các kết
cấu màng mỏng thổi phồng được chính xác hơn.
Trên phương diện cấu trúc của tấm vải, mối quan hệ Ứng suất – Biến dạng của
tấm vải có thể được giải thích từ tính chất cơ lý của các sợi vải, cũng như sự tương tác
giữa các nhóm sợi vải với nhau, và giữa các nhóm sợi vải với lớp PVC bảo vệ.
Nhóm các nhà khoa học Cavallaro et al. [8] đã chỉ ra rằng các loại vải kỹ thuật
này ứng xử như một vật liệu khơng đồng nhất. Các tính chất cơ lý phụ thuộc vào kích
thước hình học của các sợi vải, sự tương tác giữa các sợi vải theo nhiều phương khác
nhau cũng như sự tương tác giữa các sợi vải và lớp kết dính.
Thời gian gần đây, Gosling [6] đã thực hiện nhiều phép đo 2 chiều trên nhiều loại
vải kỹ thuật khác nhau với nhiều tỷ lệ tải trọng khác nhau theo 2 phương. Dựa trên các
kết quả đo được, ông đã đề nghị quy luật ứng xử trực giao cho các loại vải kỹ thuật mà
ơng thí nghiệm.
Theo nhóm tác giả Quaglini et al.[7], vì các tấm vải kỹ thuật được tạo thành từ sự

giao nhau của các sợi vải dọc theo hai phương vng góc một cách rất đều đặn, nên từ
sự đối xứng hình học của các thành phần tạo nên tấm vải, giả thiết về sự đối xứng của
các tính chất cơ lý theo 2 phương vng góc của tấm vải cũng hồn tồn có thể chấp
nhận được. Và theo Galliot and Luchsinger [9,10], dưới tác động của tải trọng ngồi
có tỷ lệ khơng đổi theo hai phương, các tấm vải kỹ thuật này có thể được xem như có
quy tắc ứng xử đàn hồi tuyến tính trực giao. Theo tiêu chuẩn [11] của Hoa Kỳ, vì độ
dày của các tấm vải là khơng lớn, các thành phần ứng suất dọc theo phương độ dày của
tấm vải cũng có thể được bỏ qua nếu đem so sánh chúng với các thành phần khác. Vậy
nên, hầu hết các tấm vải kỹ thuật đều được mơ hình như những màng mỏng chịu ứng
suất phẳng.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


12

 1

E
 El l   l

   tl
 Ett  =  −
2 E   Et
 l t 
 0



−

l
El

1
El
0

t


0 
 l l 


0   tt 
 
 l t
1 

Gl t 

(1-1)

❖ Thí nghiệm đo các hệ số đàn hồi của vải kỹ thuật
Để có thể mơ hình cũng như tính tốn các kết cấu thổi phồng, các nhà khoa học
cũng như các kỹ sư cần có các số liệu chính xác về tính chất cơ lý của loại vải kỹ được
sử dụng. Cũng chính vì lý do này mà rất nhiều cơng trình nghiên cứu đã được thực
hiện để xác định các mô-đun đàn hồi cũng như mô-đun chống cắt của các loại vải kỹ

thuật này.
Các phép đo đơn giản nhất, thí nghiệm kéo 1 chiều đã được các tác giả Peng and
Cao [12], Vysochina [13] thực hiện. Các kết quả đo cho phép xác định tương đối chính
xác khả năng chịu lực của của tấm vải theo một phương nhất định. Từ đó ta có thể ước
lượng nhanh chóng các giá trị mơđun đàn hồi theo 2 phương của tấm vải, tuy nhiên
phép đo không cho được một giá trị tin cậy về hệ số Poisson.
Để khắc phục nhược điểm của phép đo một chiều, rất nhiều tác giả Bridgens et
al.[6], Galliot and Luchsinger [9,10] đã đề xuất các phương pháp đo hai chiều. Phép đo
này tuy phức tạp trong quá trình chế tạo mẫu, tiến hành gia tải, tuy nhiên các đường
ứng suất - biến dạng thu được từ phép đo này là rất đáng tin cậy. Các đường ứng suất biến dạng này sau đó sẽ được sử dụng để xác định các mô đun đàn hồi của tấm vải
cũng như hệ số Poisson. Vì mẫu vật thí nghiệm trong thí nghiệm kéo hai chiều này làm
việc giống như trạng thái làm việc thực trong kết cấu nên các hệ số thu được từ thí
nghiệm này có độ tin cậy cao hơn so với thí nghiệm kéo một chiều. Tuy nhiên, giá trị
của môđun chống cắt vẫn không thể xác định được từ phép đo này, cần phải có một thí
nghiệm riêng để xác định nó.
Các phép đo kéo phẳng một chiều hay hai chiều mặc dù nhanh chóng và tiện lợi
nhưng khơng thể cho tồn bộ các hệ số đàn hồi của vật liệu. Ngoài ra, đối với kết cấu
màng mỏng thổi phồng, trong quá trình làm việc, tấm vải tuy bị kéo căng nhưng lại có
hình trụ chứ khơng phẳng, vậy các kết quả có được từ thí nghiệm kéo 2 chiều tuy khá
tin cậy nhưng cũng khơng hồn tồn chính xác. Một phép đo mới lại được các tác giả
Nguyen [14], Malm et al. [15] thực hiện, trong thí nghiệm này, các tác giả đo sự biến
dạng của ống màng mỏng thổi phồng ở nhiều giá trị áp suất khác nhau rồi từ đó tính
được các hệ số đàn hồi. Phép đo này loại bỏ được tất cả các nhược điểm từ 2 phép đo

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


13

một chiều và 2 chiều ở trên, cho một nhóm 4 hệ số đàn hồi của vật liệu như môđun đàn
hồi theo 2 phương trực giao, mô-đun chống cắt cũng như hệ số Poisson.
1.3.2 Sự thổi phồng của ống màng mỏng
❖ Phân tích ứng xử của ống màng mỏng bằng phương pháp giải tích
Nhóm tác giả Nguyễn và cộng sự [16] đã đề xuất bài toán thổi phồng ống màng
mỏng đến áp suất p và sau đó xác định kính thước hình học của ống ở trạng thái thổi
phồng. Trong nghiên cứu này, bài tốn được thiết lập trong khn khổ biến dạng lớn
để kể đến ảnh hưởng của biến dạng lớn khi thổi phồng.
Để xây dựng các phương trình tính tốn, tác giả sử dụng hệ trục tọa độ trụ

( er , e , ex ) , với er , e và ex lần lượt là các vectơ chỉ phương, đính hướng theo bán kính,
chu vi và theo trục của ống. Vị trí của một phần tử của ống ở trạng thái thổi phồng sẽ
được ký hiệu là x và được xác định bằng các tọa độ trụ như r , , x , như vậy,

x = rer ( ) + xex . Ở trạng thái thổi phồng này, các vectơ chỉ phương tại phần tử (hay
còn gọi là vị trí) x phụ thuộc vào giá trị của  .
Vị trí của phần tử đó ở trạng thái tự nhiên, chưa thổi phồng sẽ được ký hiệu là X
và sẽ được xác định bằng các tọa độ như R, , X - như vậy, X = Rer ( ) + Xex . Tương
tự như ở trạng thái thổi phồng, các vectơ chỉ phương tại vị trí X sẽ phụ thuộc vào giá
trị của .
Ống có kích thước ban đầu với bán kính R, chiều dày màng mỏng H và có chiều
dài L, được khép kín tại các tiết diện có tọa độ X = 0 và X = L.

Phương trực giao

et

er

ex

e

eℓ


R
X
H

L

en = er

Hình 1.11. Kích thước hình học ban đầu của ống
Trong nghiên cứu này, vật liệu vải kỹ thuật được mơ hình như một màng mỏng
đàn hồi trực giao với các vectơ chỉ phương trực giao el và et lần lượt được định hướng
theo phương ngang và dọc của các sợi vải. Góc tạo bởi các vectơ el và ex được gọi là

(

)

o
góc định hướng và ký hiệu là  , 0    180 .

Bằng cách thiết lập các phương trình cân bằng, áp dụng quy luật ứng xử của vật
liệu trực giao cho bài toán, nhóm tác giả đã thành cơng đề xuất hệ 3 phương trình phi

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.


Lưu hành nội bộ


14
tuyến giúp xác định được sự thay đổi kích thước hình học của ống ở trạng thái thổi
phồng:

(k2 − 1)k x

=

 k x2 + ( Rk k ) 2 − 1 k x

=

2 Rk2 k k x

=

pR C * ( R 2 k2 k2 + 2k x2 ) + C * xx k2 − C * x Rk2 k 

pR C * xx ( R 2 k2 k2 + 2k x2 ) + C * xxxx k2 − C * xxx Rk2k  

pR C * x ( R 2 k2 k2 + 2k x2 ) + C * xxx k2 − C * xx Rk2k 

trong đó C*  C / H . Với các số liệu đầu vào đã cho như bán kính R của ống ở
trạng thái tự nhiên, các giá trị mô-đun đàn hồi của màng mỏng ( El H , Et H , Gl t H ,l t ),
góc định hướng của màng mỏng và giá trị của áp suất thổi phồng p, hệ phương trình
phi tuyến trên có thể được giải bằng phương pháp lặp Newton–Raphson. Khi đã xác


(

)

định được các hệ số thay đổi kích thước ống k x , k , k ta hồn tồn có thế xác định
được kích thước thực của ống từ biểu thức sau:
l = kx L

,

a = k A

,

 ( X ) = k X

❖ Thí nghiệm đo biến dạng của ống ở trạng thái thổi phồng
Thí nghiệm này đã được Thạc sĩ Võ Ngọc Quang [17] (Cao học K34, Đại học
Bách Khoa Đà Nẵng) thực hiện trong đề tài nghiên cứu của mình. Để tiến hành thí
nghiệm đo biến dạng của ống màng mỏng trong quá trình thổi phồng, một hệ kết cấu
chịu lực đã được thiết kế và lắp đặt tại phịng thí nghiệm thuộc Khoa XDDD&CN,
trường Đại học Bách Khoa. Tất cả các thiết bị đo hay ống màng mỏng được thí
nghiệm đều được liên kết vào hệ này (xem Hình 1.12)

Hình 1.12. Thí nghiệm đo biến dạng ống thổi phồng
Ống màng mỏng được kê lên các gối tựa, cách nhau 2m. Do khi bị thổi phồng,
một đoạn dài khoảng 20cm ở phía đầu ống bị méo, khơng có dạng hình trụ trịn xoay,
khơng phù hợp với lý thuyết tính tốn. Vậy nên, để đảm bảo các tiết diện ngang của
ống đều có dạng hình trịn, các phép đo biến dạng của ống màng mỏng được thực hiện
trong phạm vi chiều dài L = 1m ở giữa ống.

Để đo sự thay đổi bán kính ống, hai cảm biến đo biến dạng được lắp đặt đối xứng

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


15
với vị trí giữa ống, cách trục đối xứng về mỗi bên là 50cm. Các cảm biến này được
định hướng theo chu vi ống và được đánh số để tránh nhầm lẫn. Kết quả thay đổi bán
kính ống sẽ được lấy là giá trị trung bình của các số liệu đo được từ hai cảm biến này.

a) Cảm biến S2 đo ở vị trí bên trái

b) Cảm biến S5 đo ở vị trí bên phải

Hình 1.13. Sơ đồ bố trí các cảm biến đo biến dang
Theo nghiên cứu này, sự biến thiên kích thước của ống màng mỏng thổi phồng
đo được từ thí nghiệm là khá logic, bán kính ống có xu hướng tăng theo áp suất thổi
phồng. Tuy nhiên có sự chênh lệch tương đối lớn giữa kết quả lý thuyết và kết quả
thực nghiệm. Chênh lệch lớn nhất có lúc lên đến 39,1%.
1.3.3 Độ võng của dầm Tensairity
❖ Phân tích ứng xử của dầm Tensairity bằng phương pháp giải tích
Nhóm nghiên cứu Luchsinger [18] đã đề xuất cấu tạo của dầm Tensairity như thể
hiện trong Hình 1.14.

q
H

H

f

w

H

Hình 1.14. Sơ đồ làm việc của dầm Tensairity
- w1 : Độ võng của thanh nén
- w2 : Độ võng của dây căng

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


16
- f : Đường kính ống
  x 2 
- z2 : tọa độ của dây căng z2 = f 1 −   
  l  

Nhóm cũng đã đề xuất hai phương các phương trình cân bằng cho hệ dầm
Tensairity:

w = w1 − w2

kw = k ( w1 − w2 )

trong đó k là độ cứng của liên kết đàn hồi: k =


.p
2

(1-2)
.

Áp dụng các phương trình cân bằng này cho sơ đồ dầm Tensairity thể hiện trong
Hình 1.14, nhóm nghiên cứu Nguyễn và cộng sự […] đã đề xuất phương trình xác định
độ võng của dầm Tensairity.
1
w1 = 4 C0 cosh( x) + C1 x 4 + C2 x 2 + C3
(1-3)



q
H
EI 
 1
4
w2 = − + C0  4 + 2 +
 cosh( x) + C1 x
k
k
k 

H
2H
EI



+  C2 + 12C1  x 2 + C3 +
C2 +
24C1
k
k
k



(1-4)

Với các hằng số tích phân như sau:

=

k H
−
H EI

C0 =

k
 −qH 2 f 
+ 2 

EI  cosh(l )  EIk
l 

C1 =


k  q 2f 
 −

24EI  2  H l 2 

2

C2 = −

C0
cosh(l ) − 6C1l 2
2
2

C3 = −

C0

cosh(l ) − C1l 4 − C2l 2


❖ Chuyển vị của dầm Tensairity
Nghiên cứu này được thực hiện bởi Thạc sĩ Lê Văn Quang [19] (Cao học K34,
Đại học Bách Khoa Đà Nẵng) thực hiện trong đề tài nghiên cứu của mình. Dầm
Tensairity được tạo nên từ ba thành phần chính: thanh thép hộp chịu nén, dây cáp chịu
kéo và ống thổi phồng làm nền đàn hồi. Ống thổi phồng được liên kết chắc chắn và
làm điểm tựa cho thanh nén thông qua hệ thống dây cáp được kéo hình xoắn ốc theo
trục ống. Thơng qua sự liên kết chặt chẽ đó mà 3 bộ phận của dầm tạo thành một thể
4


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ