BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGÔ NGỌC CƯỜNG

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN
BỊ ĐỘNG KẾT CẤU VỚI HỆ CẢN ĐIỀU
CHỈNH CỘT CHẤT LỎNG (TLCD)

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP
MÃ SỐ: 23. 04. 10
KHÓA : 2001 - 2003

TP. HỒ CHÍ MINH
Tháng 12 năm 2003


TÓM TẮC LUẬN VĂN
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng cao, công trình dân dụng –
công nghiệp và cơ sở hạ tầng ngày càng nâng cao về số lượng và chất lượng. Các công
trình cao tầng, cầu nhịp lớn, giàn khoan, tháp truyền hình, … vốn có tính cản thấp và độ
mềm cao, rất nhạy cảm với tác động của môi trường nên phản ứng của kết cấu khá lớn,
dễ gây hư hỏng kết cấu và ảnh hưởng đến tâm lý người sử dụng. Các giải pháp truyền
thống để khắc phục tác động của môi trường như tăng độï cứng và khối lượng công
trình, tỏ ra kém hiệu quả trong nhiều trường hợp. Một quan điểm khá mới mẻ là ‘ điều
khiển kết cấu’, dùng các hệ điều khiển bị động, chủ động và bán chủ động để điều
chỉnh những đặc trưng của kết cấu hoặc/ và các tác động đảm bảo kết cấu có phản ứng

như mong muốn.
Luận văn này nghiên cứu giải pháp điều khiển kết cấu với hệ cản điều chỉnh cột
chất lỏng bị động TLCD, gồm những nội dung chính sau đây:
- Tìm hiểu đặc trưng đáp ứng của các cơ chế cản khác nhau trong vật liệu và
trong kết cấu, sự tiêu tán năng lượng trong hệ cản bị động.
- Viết phương trình chuyển động phi tuyến cho kết cấu, hệ cản bị động, khảo sát
sai số giữa hệ phi tuyến và hệ tuyến tính hóa tương đương. Tìm các thông số tối ưu của
hệ cản trong những trường hợp kích động khác nhau bằng phương pháp số tương ứng
với kết cấu có cản và không cản.
- Khảo sát tác dụng và hiệu quả giảm phản ứng của hệ cản TLCD khi kết cấu
chịu những kích động khác nhau (tải điều hòa, xung hình sin, xung hình chữ nhật và
động đất). Sử dụng phần mềm Sap2000 Non Linear phân tích động lực học theo lịch sử
thời gian. So sánh kết quả với trường hợp sử dụng hệ cản TMD.
- Khảo sát tác dụng chống gió động của hệ TLCD trong nhà cao tầng, hiệu quả
giảm phản ứng của kết cấu. So sánh với trường hợp sử dụng TMD.
Từ các kết quả nhận được, luận văn đưa ra một số nhận xét và kết luận quan
trọng, có ý nghóa khoa học và thực tiễn, có thể tham khảo cho thực tế thiết kế. Đề ra
một số giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả giảm phản ứng của hêï cản TLCD trong lónh
vực điều khiển kết cấu cần nghiên cứu tiếp theo của đề tài và các giải pháp khác ./.


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ
Họ và tên: NGÔ NGỌC CƯỜNG

Phái : Nam
Ngày sinh: 29 – 08 – 1976
Nơi sinh: Phú Yên
Chuyên ngành: XÂY DỰNG DD & CN
Khóa 12: (2001 – 2003)
I.TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỊ ĐỘNG KẾT CẤU VỚI HỆ CẢN
ĐIỀU CHỈNH CỘT CHẤT LỎNG ( TLCD)
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết và sự tiêu tán năng lượng của hệ cản bị động.
Chương 3: Xác định các thông số của hệ cản bị động TLCD và phản ứng
của công trình.
Chương 4: Các ví dụ minh họa.
Chương 5: Kết luận, hướng phát triển của đề tài.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
:
18 – 06 – 2003
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
:
28 – 11 – 2003
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
:
PGS.TS Chu Quốc Thắng
VI. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1 :
VII. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2 :
Ngày . . tháng . .năm 2003
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Ngày . . tháng . . năm 2003

CÁN BỘ NHẬN XÉT 1

Ngày . .tháng . .năm 2003
CÁN BỘ NHẬN XÉT 2

PGS.TS CHU QUỐC THẮNG

Nội dung đề cương luận văn cao học đã được thông qua hội đồng chuyên ngành.
TRƯỞNG PHÒNG QLKH - SĐH

Tp HCM, Ngày tháng
năm 2003
CHỦ NHIỆM NGÀNH

PGS.TS CHU QUỐC THẮNG


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS CHU QUỐC THẮNG

Người chấm nhận xét 1:

Người chấm nhận xét 2:

Luận văn cao học được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN CAO HỌC TRƯỜNG
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . .tháng . . . . năm 2003.


Có thể tìm hiểu luận văn này tại thư viện Trường Đại Học Bách Khoa TP. HCM.


LỜI CẢM ƠN !
Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy Chu Quốc Thắng,
trong thời gian qua Thầy đã hướng dẫn tận tình cùng những lời
khuyên bảo quý báu để em có thể hoàn thành luận văn này.
Xin cảm ơn tất cả các thầy cô trong nhà trường, các cán bộ
phòng quản lý sau Đại Học và thư viện đã tạo điều kiện giúp đỡ
tôi trong quá trình học tập cũng như trong thời gian làm luận
văn.
Cảm ơn các Anh Chị khóa trước cùng bạn bè đã giúp đỡ và
động viên tôi trong thời gian học tập, quá trình thực hiện luận
văn. Và cũng xin cảm ơn tất cả những người thân trong gia đình,
đồng nghiệp trong Khoa Xây Dựng và Ban Giám hiệu Trường
Cao Đẳng Xây Dựng số 3 đã tạo điều kiện để tôi được hoàn
thành khóa học./.
Tác giả

Ngô Ngọc Cường


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT LUẬN VĂN
MỤC LỤC
Chương 1

TỔNG QUAN


1.1 Tính cấp thiết, ý nghóa khoa học và thực tiễn của luận văn.
1.2 Tổng quan về các hệ thống điều khiển kết cấu.
1.2.1 Hệ thống cô lập động đất ( Cô lập móng)
1.2.2 Các hệ thống tiêu tán năng lượng bị động (hệ cản bị động)
1.2.3 Các hệ thống điều khiển chủ động và bán chủ động
1.2.4 Vật liệu thông minh (Smart materials)
1.3 Lịch sử phát triển của hệ cản điều chỉnh chất lỏng bị động TLD và TLCD.
1.4 Vài ứng dụng của hệ cản điều chỉnh cột chất lỏng TLD
và TLCD trong lónh vực điều khiển kết cấu.
1.5 Nhiệm vụ luận văn.
1.6 Cấu trúc của luận văn.
Chương 2

9
13
15

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ SỰ TIÊU TÁN NĂNG LƯNG
CỦA HỆ CẢN BỊ ĐỘNG

2.1 Mở đầu.
2.2 Đặc trưng đáp ứng và sự tiêu tán năng lượng trong hệ cản chất lỏng TLD.
2.2.1 Mô hình số của TLD.
2.2.2 Mô hình cơ học của TLD
2.3 Hiện tượng dao động lắc lư – va đập đột ngột.
2.3.1 Chuyển động lắc lư của chất lỏng.
2.3.2 Va đập đột ngột chất lỏng vào thành thùng.
2.3.3 Đề xuất của mô hình Sloshing – Slamming ( S2 ) tương đương.
2.3.4 So sánh kết thực nghiệm và kết quả theo giả thiết

Sloshing – Slamming ( S2 ) tương đương.
2.4 Mô hình tác động đặc trưng.
Chương 3

1
2
2
3
5
7
7

XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ CẢN BỊ ĐỘNG
TLCD VÀ PHẢN ỨNG CỦA CÔNG TRÌNH

16
18
19
19
20
20
21
22
24
25


3.1 Xác định các thông số của hệ cản bị động TLCD
3.1.1 Mô hình của kết cấu – hệ cản.
1. Hệ chính chịu kích động lực Fe(t)


27
27
27
••

2. Trường hợp hệ chịu kích động của gia tốc nền x g .
3.1.2 Tuyến tính hóa tương đương hệ số cản cf .
3.1.3 Khảo sát độ chính xác của tuyến tính hóa tương đương.
3.2 Tối ưu các thông số của hệ cản bị động TLCD.
3.2.1 Hệ chính chịu kích động white noise.
a. Hệ chính không có cản.
b . Hệ chính có cản.
3.2.2 Hệ chính chịu kích động của First order filter (FOF).
3.3 Xác định hệ số headloss tối ưu.
3.4 Ứng xử của hệ một bậc tự do với TLCD.
3.4.1 Trường hợp 1: Hệ kết cấu chính không cản – TLCD không cản.
3.4.2 Trường hợp 2: Kết cấu chính có cản tuyến tính với
hệ TLCD không cản.
3.4.3 Trường hợp 3: Kết cấu chính và hệ cản TLCD đều có cản.
Chương 4

28
28
29
31
33
34
35
36

38
41
41
43
45

CÁC VÍ DỤ MINH HỌA

4.1 KHẢO SÁT TÁC DỤNG CỦA TLCD KHI KẾT CẤU CHỊU NHIỀU TÁC
ĐỘNG KHÁC NHAU.
4.1.1 Mô tả bài toán.
48
4.1.2 Kết quả.
50
4.1.3 Nhận xét.
60
a. Sự tắt dần của dao động.
60
b .Tác dụng của hệ cản TLCD trong việc giảm phản ứng.
60
c. nh hưởng của việc tăng khối lượng hệ cản.
64
4.2 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG CỦA NHÀ, KHỐI LƯNG CỦA
HỆ CẢN TLCD ĐỐI VỚI TÁC DỤNG CHỐNG ĐỘNG ĐẤT.
65
4.2.1 Mô tả bài toán.
65
4.2.2 Nội dung khảo sát.
65
4.2.3 Phân tích kết quả.

67
a) Chu kỳ cơ bản
67
b) Chuyển vị.
69
c) Gia tốc.
72
d) Lực cắt lớn nhất ở chân cột.
76
4.2.4 Nhận xét chung.
78


4.3 TÁC DỤNG CHỐNG GIÓ ĐỘNG CỦA TLCD TRONG NHÀ CAO TẦNG.
4.3.1 Mô tả bài toán.
85
4.3.2 Nội dung khảo sát.
88
4.3.3 Phân tích kết quả.
89
a) Chu kỳ cơ bản.
89
b) Chuyển vị và gia tốc các tầng khi Tg = T1
89
c) Phổ phản ứng của kết cấu.
93
d) Giảm gia tốc đỉnh kết cấu.
96
e) Sự tắt dần dao động.
99

4.3.4 Đánh giá hiệu quả chống gió động của hệ cản TLCD.
102
Chương 5

KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

5.1 Kết luận.
105
1. Hiệu quả của hệ cản TLCD với các tác động khác nhau.
105
2. Ảnh hưởng độ cứng và độ mảnh của kết cấu đến hiệu quả
của hệ cản TLCD.
106
3. Ảnh hưởng của chu kỳ xung gió động đến hiệu quả của hệ cản TLCD. 107
4. So sánh tác dụng chống gió động của TLCD và TMD trong nhà cao tầng. 107
5.2 Các giải pháp cải tiến hệ bị động TLCD và hướng phát triển của đề tài. 108
PHỤ LỤC


TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Họ và tên
: Ngô Ngọc Cường
Ngày, tháng, năm sinh : 29 – 08 – 1976
Nơi sinh: Phú Yên.
Địa chỉ liên lạc
: Khu tập thể Trường Cao Đẳng Xây Dựng số 3
Số 24 Nguyễn Du – Phường 7 – Thị xã Tuy Hòa – Tỉnh Phú Yên.
Điện thoại : 057 810973
QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
- Từ tháng 10 năm 1994 đến tháng 6 năm 2000 : Học Đại Học ở Trường Đại Học

Bách Khoa Đà Nẵng – TP. Đà Nẵng. Chuyên ngành Xây Dựng Dân Dụng & Công
nghiệp.
- Từ tháng 10 năm 2000 đến tháng 9 năm 2001 : làm công tác giảng dạy tại
Trường Cao Đẳng Xây Dựng số 3.
- Từ tháng 10 năm 2001 đến nay, tháng 12 năm 2003 : học Cao Học Xây Dựng
Dân Dụng & Công nghiệp tại Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia TP.
Hồ Chí Minh.


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Tính cấp thiết, ý nghóa khoa học và thực tiễn của luận văn.
Trong xu thế hội nhập và giao lưu phát triển của cả thế giới thì khoa học kỹ thuật
là một vấn đề thúc đẩy phát triển của đất nước. Nhu cầu nhà ở và các trung tâm kinh tế
thương mại cũng gia tăng không những về số lượng mà còn đảm bảo chất lượng, mỹ
quan, … Nhà cao tầng mọc lên để đáp ứng nhu cầu phát triển nên vấn đề vật liệu cường
độ cao và các phương pháp phân tích kết cấu hợp lý để tạo điều kiện cho sự phát triển
của nhà cao tầng là cần thiết. Ngoài ra còn phải nâng cao cơ sở hạ tầng, phục vụ cho sự
phát triển nên các công trình cầu nhịp lớn, tháp truyền hình, giàn khoan, … Những kết
cấu nêu trên vốn có tính cản thấp và độ mềm cao, rất nhạy cảm với tác động của môi
trường như gió, động đất, sóng biển, …
Các giải pháp truyền thống để chống lại hay giảm tác động do môi trường gây ra
như chuyển vị, gia tốc, nội lực cho công trình là tăng kích thước cấu kiện cột, dầm,
vách cứng, … Như vậy các giải pháp truyền thống có nhiều nhược điểm mà hiệu quả
giảm dao động không cao. Các nhược điểm của giải pháp truyền thống cụ thể như sau:
+ Độ an toàn không cao: Khi chịu tác động của môi trường thì năng lượng tiêu tán
chủ yếu là do sự hư hỏng kết cấu hay sự phá hoại cục bộ kết cấu khi kết cấu làm việc
ngoài miền đàn hồi.
+ Phạm vi sử dụng hạn chế: Không thể sử dụng cho các công trình quan trọng,
công trình có nội thất đắt tiền và công trình có tài sản q giá vì không cho phép các

kết cấu làm việc ngoài miền đàn hồi, dễ bị phá hoại và hư hỏng.
+ Tốn kém và không chắc chắn: Giá thành xây dựng công trình cao mà vẫn không
hiệu quả về mặc giảm dao động, giảm gia tốc và sự phá hoại
Những thập niên gần đây người ta đã nghiên cứu và ứng dụng nhiều hệ thống điều
khiển kết cấu nhằm giảm tác động của môi trường đến công trình như động đất, gió, …
Năng lượng do môi trường gây ra được tiêu tán thông qua các hệ thống điều khiển kết
cấu ( Control of Structures hay Structural Control ). Điều khiển kết cấu là một lónh vực
mới mà nó khắc phục được các nhược điểm của các giải pháp truyền thống như:
+ Giảm thiểu ảnh hưởng do tác động của gió và động đất gây ra.
+ Kinh Tế: chi phí xây dựng công trình thấp.
+ Phạm vi sử dụng rộng: Vì giảm ảnh hưởng của môi trường dẫn tới các kết cấu
không làm việc ngoài miền đàn hồi nên có thể an toàn và sử dụng cho mọi công trình.
Các hệ điều khiển kết cấu đã nghiên cứu như: hệ cô lập móng, các hệ cản bị động
: hệ cản ma sát, hệ cản đàn nhớt, hệ cản kim loại, hệ cản va chạm, hệ cản điều chỉnh
Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD

1


khối lượng TMD, hệ cản điều chỉnh chất lỏng TLD và TLCD. Ngoài ra còn các hệ cản
bán chủ động và chủ động.
Ưu điểm của hệ cản chất lỏng gồm giá thành thấp và sự bền vững. Không đòi hỏi
cơ chế hoạt động phức tạp. Hệ cản chất lỏng dễ thích ứng với các dạng dao động của
kết cấu. Ngoài ra, với hệ cản chất lỏng có thể tận dụng cung cấp nước cho nhà khi cần
thiết, không như một TMD ở đây là một trọng lượng chết, không thể sử dụng vào mục
đích khác
Với các hệ điều khiển kết cấu nêu trên thì hệ cản điều chỉnh cột chất lỏng là khá
mới mẻ, đặc biệt là đối với Việt Nam mà chúng ta cần nghiên cứu. Như vậy nghiên cứu
hệ cản điều chỉnh cột chất lỏng TLCD là vấn đề có ý nghóa khoa học và có tính thực
tiễn.

1.2 Tổng quan về các hệ thống điều khiển kết cấu.
Các hệ thống điều khiển kết cấu có thể được chia thành ba nhóm chính như bảng
1.1, mỗi nhóm gồm nhiều giải pháp.
Bảng 1.1 Các hệ thống điều khiển kết cấu
Cô lập động đất
Tiêu tán năng lượng bị động
- Gối đàn hồi
- Gối cao su - chì
- Gối ma sát trượt

- Hệ cản kim loại
- Hệ cản ma sát
- Hệ cản đàn nhớt
- Hệ cản chất lỏng nhớt
- Hệ cản do va chạm
- Hệ cản điều chỉnh khối lượng
- Hệ cản điều chỉnh chất lỏng

Điều khiển bán chủ động
và chủ động
- Hệ giằng chủ động
- Hệ cản khối lượng chủ động
và bán chủ động
- Hệ thống có thể thay đổi độ
cứng và tính cản
- Vật liệu thông minh
- Hệ cản cột chất lỏng bán chủ
động, chủ động

1.2.1 Hệ thống cô lập động đất ( Cô lập móng)

Hệ thống cô lập động đất ( Seismic isolation) thường gắn với chân ( móng) công
trình. Lúc đó kết cấu được ‘ tách rời’ với nền do gối đỡ có độ cứng theo phương ngang
rất nhỏ so với theo phương đứng, ngoài ra hệ thống còn hấp thu một phần năng lượng
động đất trước khi năng lượng này truyền lên kết cấu.
Hệ cô lập động đất gồm các gối đỡ cấu tạo từ nhiều lớp cao su thiên nhiên được
dán với các tấm thép, để đảm bảo độ cứng lớn theo phương đứng (chịu các tải trọng
thẳng đứng), trong khi đó với tải trọng ngang thì các lớp cao su vẫn có thể trượt, làm độ
Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD

2


cứng theo phương ngang của gối là rất nhỏ so với theo phương đứng. Cao su thiên
nhiên là vật liệu đàn nhớt phi tuyến, có thể biến dạng đến 300% mà không bị phá hoại.
Để tăng thêm tính cản, người ta có thể đưa thêm lõi chì hoặc cốt thép vào gối. Hệ
thống này cho phép điều chỉnh cả độ cứng lẫn tính cản tùy theo cấp tải trọng.
1.2.2 Các hệ thống tiêu tán năng lượng bị động (hệ cản bị động)
Chức năng chính của các hệ thống này là hấp thụ một phần năng lượng
( Do động đất, gió …), do đó kết cấu cần điều khiển sẽ phải tiêu tán năng lượng ít hơn
so với trường hợp không có hệ cản, giảm bớt mức độ hư hỏng có thể xảy ra. Hệ cô lập
móng chỉ có hiệu quả với tác động của động đất, còn các hệ cản bị động có hiệu quả tốt
với động đất và tác động của gió.
a) Hệ cản kim loại ( Metallic damper)
Hệ cản này tiêu tán năng lượng thông qua biến dạng không dàn hồi của kim loại
như thép mềm, chì và các hợp chất khác … có ứng xử cản trễ (Hysteretic damping). (Có
thể xem cấu tạo cản kim loại ở [16])
b) Hệ cản ma sát ( Friction damper)
Ứng dụng nguyên lý lực ma sát xuất hiện giữa hai vật rắn chuyển động tương
đối với nhau. Hệ cản ma sát có thể là những thành giằng chữ X gắn giữa 2 cột của các
tầng nhà.

c) Hệ cản đàn nhớt ( Vis coelastic damper)
Hệ cản đàn nhớt dùng vật liệu Polymer hoặc vật liệu có tính chất tương tự cao
su. Hệ cản thường cấu tạo từ các thép tấm có dán các lớp vật liệu đàn nhớt, thường
được bố trí với các thanh giằng chéo trong công trình. Khi công trình dao động thì giữa
các tầm thép sẽ có chuyển động tương đối với nhau, hệ cản chịu cắt và sẽ biến dạng,
tạo nên sự tiêu tán năng lượng lẫn lực đàn hồi, đặt biệt hiệu quả trong miền tần số cao,
có khả năng chống lại gió mạnh và động đất vừa. Hệ cản đàn nhớt làm tăng tính cản
lẫn độ cứng của kết cấu.
d) Hệ cản chất lỏng nhớt ( Viscous fluid damper)
Hệ cản chất lỏng nhớt tiêu tán năng lượng bằng cách cho chất lỏng chảy qua một
cái van với vận tốc cao nhờ áp lực tạo ra trong buồn xi lanh do chuyển động của pistol .
Hình dạng của pistol sẽ quyết định đặc trưng cản của thiết bị. Kết cấu có hệ cản nhớt
dùng chất lỏng có thể đạt tỷ số cản đến 30% tỷ số cản tới hạn, nhờ đó gia tốc và biến
dạng ngang của sàn có thể giảm đến 50%
( Cụ thể hơn về hệ cản đàn nhớt có thể tham khảo ở [12])
Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ caûn TLCD

3


e) Hệ cản va chạm.

Hình 1.1 sơ đồ hệ cản va chạm (impact damper)
Sự dao động của kết cấu làm khối lượng m2 (trên hình 1.1) chuyển động và va
đập vào hệ lò xo. Liên kết cản của 2 gối đỡ được gắn với kết cấu, truyền lực quán tính
vào kết cấu, làm tiêu tán năng lượng.
f) Hệ cản điều chỉnh khối lượng TMD (Tuned mass damper)
b
Kd
Cd


Md

TLD

TMD

Ms

K/2

C

a. Hệ cản TMD

Van y

TLCD

Ms

K/2

K/2

C

Ms

K/2


b. Hệ cản TLD

K/2

K/2

C

c. Hệ cản TLCD

Hình 1.2 Các hệ cản dùng hiệu ứng quán tính
Hệ cản gồm một khối lượng được gắn vào công trình tại nơi chuyển động lớn nhất,
thường là tầng trên cùng, thông qua liên kết đàn hồi và liên kết cản (Hình 1.2a). Tần số
của hệ cản được điều chỉnh đến tần số riêng của kết cấu để khi kết cấu bị kích động thì
hệ cản sẽ cộng hưởng lệch pha với chuyển động của kết cấu. Năng lượng sẽ tiêu tán do
lực quán tính của hệ tác dụng vào kết cấu. Liên kết đàn hồi của TMD thường là các lò
xo xoắn hoặc gối cao su, liên kết cản TMD có thể là các thiết bị cản nhớt hay cản đàn
hồi như trình bày ở trên.
Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD

4


g) Hệ cản điều chỉnh chất lỏng TLD và TLCD ( Tuned liquid damper và Tuned liquid
column damper)
Hệ cản TLD/TSD ( Tuned liquid sloshing damper – hệ cản điều chỉnh sự
lắc(hắc) của chất lỏng) là một thùng chứa nước hình 1.2b. Như TMD, nó tác dụng gián
tiếp lên kết cấu làm giảm phản ứng. Với chất lỏng trong hồ vừa đóng vai trò khối
lượng, vừa tạo ra tính cản nhờ tính nhớt của lớp biên, sóng vỡ, sự hắt của bề mặt tự do

và sự va đập chất lỏng vào thành thùng. Đồng thời lực trọng trường đóng vai trò như
liên kết đàn hồi vì có xu hướng đưa khối lượng chất lỏng đang lắc lư về vị trí cân bằng.
Không như TMD, tác dụng của hệ TLD phụ thuộc hàm truyền phức tạp do tính chất phi
tuyết của chất lỏng hắt và sóng vỡ.
Hệ TLD có thể phân ra hai loại: Cản nước sâu và cản nước cạn. Sự phân loại
này phụ thuộc vào tỷ số chiều dày lớp nước và chiều dài của thùng theo phương chuyển
động. Nếu tỷ số nhỏ hơn 0.15 thì đây là cản nước cạn. Trong trường hợp này tính cản
của TLD chủ yếu từ sự tiêu tán năng lượng do tác dụng của lực nhớt chất lỏng bên
trong và do sóng vỡ. Trường hợp cản nước sâu (the deep water damper), người ta có
thể đặt thêm các tấm lưới thép vào trong hồ để tăng tính cản do sự chảy rối của chất
lỏng qua các lưới. Tính cản lúc này phụ thuộc vào biên độ dao dộng của chất lỏng, quá
trình sóng vỡ và hình dạng lưới thép. Cản nước sâu có một hạn chế là phần lớn nước
trong hồ không tham gia hắt mà chỉ thêm vào trọng lượng tónh. Với chiều sâu lớp nước
tương đối lớn thì có thể tận dụng cho việc cấp nước trong nhà. Tuy nhiên, thực tế người
ta sử dụng nhiều thùng nhỏ để tăng hiệu quả khối lượng chất lỏng trong quá trính hắt.
Một dạng khác được trình bày ở hình 1.2c là hệ cản điều chỉnh cột chất lỏng
TLCD. Đây là một loại đặc biệt của hệ TLD dựa vào chuyển động của cột chất lỏng
trong thùng hình dạng giống chữ U. Tính cản của hệ có được do sự chảy của chất lỏng
qua một valve/ orfice ( Sakei et al. 1989 [29]). Tần số của hệ cản phụ thuộc vào chiều
cao cột chất lỏng . Tính cản của hệ cản phụ thuộc độ mở của valve dưới dạng hàm phi
tuyến.
Như vậy ta thấy các hệ cản điều chỉnh chất lỏng có đầy đủ các thành phần khối
lượng, tính đàn hồi và tính cản tương tự như hệ điều chỉnh khối lượng.
1.2.3 Các hệ thống điều khiển chủ động và bán chủ động:
Hệ thống điều khiển chủ động (active strutural control system) là hệ thống có
khả năng thu nhận trạng thái của kết cấu, từ đó quyết định những tác động để đưa trạng
thái này về trạng thái mong muốn, cơ chế điều kiển trên phải diễn ra kịp thời trong
khoảng thời gian ngắn. Như vậy hệ chủ động có ưu điểm hơn hệ bị động ở chỗ nó có
Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD


5


thể thích nghi với các thay đổi của môi trường ( gió, động đất …) và điều khiển được
những tác động không biết trước qui luật của nó.
Một hệ điều khiển chủ động gồm ba thành phần chính sau: (1) cảm
biến(sensors), đo kích động và đo phản ứng của kết cấu; (2) bộ điều khiển (controller),
xử lý thông tin và đưa ra chương trình hành động; (3) bộ tác động(actuator), thực thi
các hướng dẫn và mệnh lệnh từ bộ điều khiển.

Hình 1.3 Sơ đồ các hệ cản dùng hiệu ứng quán tính
Con - bộ điều khiển; a – bộ tác động; S – cảm biến; EX – bộ kích động.
Mặc dù có khả năng thích ứng với các biến đổi của ngoại lực nhưng hệ điều khiển
chủ động có độ tin cậy không cao vì hiệu quả của nó phụ thuộc nhiều vào sự ổn định
của nguồn năng lượng cung cấp ( thường là điện) cho làm việc. Hơn nữa vấn đề bảo trì
hệ thống này cũng khá phức tạp và tốn kém.
Hệ thống điều khiển bán chủ động ( Semi – active structural control system) tận
dụng các ưu điểm của hệ bị động là độ tin cậy cao, đơn giản, lẫn ưu điểm của hệ chủ
động là khả năng thích ứng với sự thay đổi của tải trọng. Ngòai ra hệ bán chủ động cần
nguồn năng lượng thấp hơn nhiều ( thường dùng bính ắc quy) so với hệ chủ động, và
nếu nguồn năng lượng này có bị mất đi vì một lý do nào đó thì hệ bán chủ động làm
việc như hệ bị động. Thông thường , hệ bán chủ động được thiết kế để làm việc theo
nguyên lý bị động khi lực kích động nhỏ ( động đất yếu). Với đặc điểm trên, hệ điều
khiển bán chủ động còn được gọi là hệ điều khiển hỗn hợp (hybrid control).
Một sơ đồ hệ cản TLCD bán chủ động được trình bày ở hình 5.2

1.2.4 Vật liệu thông minh (Smart materials)
Một trong những vật liệu thông minh là hợp kim có khả năng nhớ hình dáng
SMA (Shape memory alloy). SMA là những hợp kim mà nếu bị biến dạng không đàn
hồi ở nhiệt độ trong phòng ( nhiệt độ bình thường) thì có khả năng khôi phục lại hình

Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD

6


dáng ban đầu khi nó được nung nóng ở nhiệt độ nào đó. Đặt tính vượt trội của hợp kim
SMA là siêu đàn hồi (superelasticity) biến dạng rất lớn xong có thể khôi phục lại hình
dáng ban đầu khi dỡ tải. Ngoài ra SMA còn chống mỏi, có khả năng tiêu tán phần lớn
năng lượng. SMA có thể được dùng trong bộ tác động (actuator) của hệ điều khiển chủ
động và bán chủ động. Tuy nhiên hiện nay phạm vi ứng dụng vật liệu SMA còn hạn
chế vì giá thành của nó rất cao.
1.2.5 Kết hợp nhiều giải pháp kết cấu trong một công trình
Với các hệ cản độc lập nêu trên đều có hiệu quả trong lónh lực điều khiển dao
động nhưng với những dạng tải trọng nhất định thì một vài giải pháp nào đó tỏ ra hiệu
quả tốt nhất. Như vậy tùy theo cấu tạo của từng công trình và khu vực xây dụng cũng
như tiên đoán trước dạng kích động mà ta có thể phối hợp nhiều giải pháp trong một
công trình. Chẳng hạn giải pháp hệ cô lập móng rất có hiệu quả với kích động của
động đất nhưng kém hiệu quả với gió động. Ngược lại giải pháp hệ cản bị động thì rất
hiệu quả với gió động nên ta kết hợp hai giải pháp trong một công trình sẽ có hiệu quả
cao hơn trong lónh vực điều khiển dao động.
1.3 . Lịch sử phát triển của hệ cản điều chỉnh chất lỏng bị động TLD và TLCD.
[28], [29], [12]
Hệ cản TLD được đề nghị vào sau những năm 1800, khi tần số dao động của chất
lỏng trong hai cái thùng thông nhau được điều chỉnh tới tần số dao động trôi của con
thuyền thì sẽ giảm thành phần động của con thuyền như hình 1.4a (Den Hartog, 1956).

Hình 1.4 a- Ứng dụng trong giao dao động con tàu
b- Ứng dụng hệ cản trong chuyển động vệ tinh nhân tạo
Lần đầu tiên ứng dụng hệ TLD cho kết cấu được đưa ra bởi Kareem vaø Sun
(1987); Modi et al. (1987) vaø Fujino et al. (1988). Trong lónh vực ứng dụng của vệ tinh

nhân tạo, những hệ cản này được xem như hệcản chuyển động (nutation dampers).
Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD

7


Sakai et al.(1991) đã đề nghị một loại cản chất lỏng mới đó là hệ TLCD mà ứng
dụng thích hợp cho trụ cầu dây văng. TLCD được nghiên cứu cho trường hợp kết cấu
chịu gió động bởi Honda et al.(1991); Xu et al.(1992) và Balendra et al.(1995). Các
nghiên cứu đã xác định sẵn những đặc tính tối ưu của thiết bị bị động bởi Gao et
al.(1997); Chang và Hsu.(1999); và Gao et al.(1999). Các đặc tính của hệ cản TLCD
cho trường hợp kết cấu chịu động đất cũng đã được nghiên cứu bởi Won et al.(1996) và
Sadek et al.(1998)
Hầu hết các nghiên cứu trước đây đề cập đến hệ cản bị động TLCD đều không
điều chỉnh được đặc tính cản. Hệ cản chỉ thiết kế tối ưu ở biên độ kích động thiết kế.
Để khắc phục hiện tượng này thì hệ cản bán chủ động (Semi – active) và chủ động
(active) được đề xuất bởi Kareem.(1994); Haroun et al.(1994); và Abe et al.(1996).
Một hệ chất lỏng chủ động tương tự cũng đề ra bởi Lou et al.(1994), ở đây bên trong hệ
cản có đặt lưới thép để tăng tính cản của hệ.
Với hệ cản nhiều khối lượng ( Multiple Mass Dampers - MMDs) có tần số lân cận
tần số tự nhiên của hệ chính cần điều khiển đã cho kết quả giảm phản ứng rất cao,
được nghiên cứu rộng rãi bởi Yamaguchi và Harnpornchai (1993); Kareem và Kline,
(1994); Yalla và Kareem (2000). Tương tự trên, nhiều hệ cản TLCD có kích thước nhỏ
hơn sẽ thuận tiện cho việc lắp đặt, bảo quản và vị trí có thể bố trí cũng cho hiệu quả
cao hơn trong việc giảm phản ứng cho kết cấu chịu kích động phức tạp (Bergman et
al.1990). Các hình dạng khác của hệ cản cột chất lỏng như dạng chữ V (Gao et al.
1997), dạng chữ U có tiết diện ống thay đổi.Ưu điểm của những loại này là tính linh
hoạt và khả năng thích ứng về kiến trúc. Lúc này tần số tự nhiên được xác định không
chỉ phụ thuộc chiều dài cột chất lỏng mà ngoài ra còn phụ thuộc tỷ số diện tích phần
ống đứng và phần nằm ngang (Hitchcock et al.1997; Chang và Hsu, 1998).


Hình 1.5 Dạng TLCD chữ V
1.4 Vài ứng dụng của hệ cản điều chỉnh cột chất lỏng TLD và TLCD trong
lónh vực điều khiển kết cấu.
[29]
Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD

8


Đã có nhiều ứng dụng của hệ cản TLD ở Nhật Bản, một ví dụ ở đây là MCC
Aqua Damper được thiết đặt ở Gold Tower _ Chiba _ Nhật bản ( hình 1.6). Hệ cản
MCC Aqua là một thùng cong ( cubic) chứa nước, bên trong có lớp lưới thép. Tần số
của hệ cản được điều chỉnh bằng cách thay đổi chiều dài của thùng và chiều sâu của
nước. Hệ số cản được điều chỉnh bởi lưới lọc bên trong. Ở tầng đỉnh cao 158 m của
Gold Tower được lắp đặt 16 hệ cản như trên có khối lượng nước tổng cộng là 10 tấn
(xấp xỉ 1% trọng lượng tháp) đã giảm phản ứng 50 ÷ 60% so với lúc chưa lắp đặt hệ
cản Aqua Damper [29].

Hình 1.6 Hệ cản chất lỏng Aqua dampers
Một bộ TLD được cài đặt ở Shin Yokohama Prince Hotel (SYPH) ở Yokohama,
Nhật bản ( hình 1.7). Hệ cản gồm 9 lớp chồng lên nhau là những thùng tròn đường kính
2m và cao 22 cm, tổng chiều cao là 2m. Chi tiết hơn của bộ hệ cản này có thể tham
khảo ở Tamura et al.(1995). Sau khi cài đặt tháng 3 năm 1992 người ta đo được gia tốc
RMS mỗi phương giảm 50% đến 70% với tốc độ gió kích động là 20m/s phản ứng sẽ
giảm nhiều hơn khi vận tốc gió kích động cao hơn. Một kết quả tương tự cho công trình
Nagasaki airport tower, Tokyo và công trình Yokohama marine tower được báo cáo
bởi Tarnara et al.(1995)
Một hệ cản TLCD đã lắp đặt ở Hotel cosima – Nhật bản ( hình 1.8). Khách sạn
có 26 tầng, cao 106.2m. Tòa nhà có chiều cao khá lớn so với chiều rộng nên rất nhạy

cảm với động đất, gió động. Hệ TLCD ở đây dùng giải pháp bán chủ động bằng cách
điều chỉnh áp lực chất lỏng ở hai ngăn, hệ cản nặng 58 tấn gọi là MOVICS đã lắp ở
tầng trên cùng. Hiệu quả giảm gia tốc cực đại là 50 ÷70%, giảm gia tốc RMS 50%
Shimize và Teramura, 1994). Một hệ MOVICS khác cũng đã lắp đặt ở Hyatt Hotel ở
Osaka và ở tòa nhà Ichida Building ở Osaka.

Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD

9


Hình 1.7 a - cấu tạo của hệ TLDs đã cài đặt ở SYPH.
b – Sơ đồ cài đặt của các công trình mà Tamura et al .1995 đã báo cáo ở trên

Hình 1.8 a - Cấu tạo của hệ TLCD có điều chỉnh áp lực.
b – Công trình Hotel Cosima – Tokyo có lắp đặt MOVICS.
Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD

10


Gần đây, hệ cản chất lỏng TLCD được thiết kế cho tòa nhà Millennium Tower,
vịnh Tokyo – Nhật bản. Dưới kích động gió không mạnh (bình thường) thì hệ làm việc
như hệ cản bị động. Nhưng khi gió mạnh thì cảm biến phát ra tín hiệu để máy bơm
hoạt động, thay đổi dạng điều khiển bị động sang chủ động (Sudjic, 1993)

Hình 1.9 Millenium Tower - Hệ TLCD bị động và chủ động
Một hệ TLD cũng được thiết kế cho trung tâm Shangai Financial Trade ở Trung
Quốc. Công trình có mặt hình vuông, mảnh ( hình 1.10)
Một đề án thực hiện có thể sử dụng hệ cản TLCD cho trụ cầu (hình 1.11) và tòa

nhà chọc trời.
Hình 1.12 là một mô hình kiểm nghiệm của hệ Kết cấu _ TLCD trên bàn chấn
động (shaking table). Ở đây hệ số headloss thay đổi bằng cách điều chỉnh góc mở của
van.

Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ caûn TLCD

11


Hình 1.10 Trung tâm Shangai Financial Trade
Hình 1.12 Một mô hình thí nghiệm của TLCD

Hình 1.11 Đề án sử dụng TLCD.

(a) cho trụ cầu;

(b) nhà chọc trời

Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD

12


1.5 Nhiệm vụ luận văn.
Qua phần tổng quan về các hệ thống điều khiển kết cấu và những công trình đã
tồn tại ta thấy được sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong lónh vực điều khiển kết
cấu trong vài thập niên gần đây của thế giới, đặc biệt là ở Nhật Bản. Đối với Việt Nam
và các nước đang phát triển khác, đây là vấn đề khá mới mẻ mà cần nghiên cứu.
Nhiệm vụ của luận văn này là nghiên cứu khảo sát, tìm hiểu giải pháp điều khiển kết

cấu với hệ cản chất lỏng mà cụ thể là hệ cản điều chỉnh bị động cột chất lỏng, gồm
những vấn đề sau đây:
<1> Tìm hiểu các đặc trưng đáp ứng của các cơ chế cản khác nhau trong vật liệu
và trong kết cấu – sự tiêu tán năng lượng của hệ cản bị động nói chung. Các công trình
hiện hữu có sử dụng điều khiển kết cấu với các hệ cản khác nhau, đặc biệt là hệ TLD
và TLCD.
Nội dung này trình bày ở chương 1
<2> Tìm hiểu cơ sở lý thuyết và sự tiêu tán năng lượng của hệ cản chất lỏng
TLD và TLCD, mô hình của hệ cản và kết cấu, viết phương trình dao động cơ bản của
hệ tổ hợp: Kết cấu một bậc tự do và hệ cản.
Tìm hiểu lý thuyết tuyến tính hóa tương đương hệ phi tuyến với tác động điều
hòa và tác động ngẫu nhiên.
Nội dung này được trình bày ở chương 2
<3> Từ mô hình hệ kết cấu – cản, viết hệ phương trình dao động của kết cấu, hệ
cản trong trường hợp hệ kết cấu một bậc tự do và hệ cản là TLCD.
Khảo sát sai số giữa phương pháp tuyến tính hóa tương đương và phi tuyến ( Sơ
đồ thực).
Xác định các thông số tối ưu của hệ cản bằng phương pháp số trong trường hợp
kết cấu chính có cản và không cản tương ứng với các trường hợp chịu kích động khác
nhau.
Khảo sát ứng xử của kết cấu khi hệ cản có cản và không có tính cản.
Nội dung này được trình bày ở chương 3
<4> Khảo sát tác động của TLCD khi kết cấu chịu nhiều tác động khác nhau.
Rồi so sánh với kết quả dùng hệ cản TMD tương ứng từng trường hợp.
Xét hệ một bậc tự do gắn TLCD, chịu 8 trường hợp kích động bao gồm gia tốc
nền điều hòa, xung sin gián đọan và gia tốc nền của 6 trận động đất. Từ kết quả phân
Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD

13



tích động lực học kết cấu rút ra được mức độ giảm phản ứng trong từng trường hợp tác
động đồng thời so sánh với mức độ giảm phản ứng khi dùng hệ cản TMD.
Nội dung này được trình bày ở ví dụ 4.1, chương 4
<5> Khảo sát ảnh hưởng độ cứng kết cấu, khối lượng hệ cản đối với hiệu quả
chống động đất trong 2 trường hợp sử dụng hệ cản TMD và TLCD.
Kết cấu được xét là 1 hệ 5 bậc tự do với 4 trường hợp độ cứng khác nhau, ứng
với mỗi trường hợp hệ cản thay đổi tỷ số khối lượng từ 1% đến 6%.
Phân tích ảnh hưởng các yếu tố: Độ cứng kết cấu, khối lượng hệ cản, chuyển vị,
gia tốc, lực cắt. Từ đó nhận xét và so sánh hiệu quả của 2 trường hợp hệ cản TMD và
TLCD mang lại.
Nội dung này được trình bày ở ví dụ 4.2, chương 4
<6> Khảo sát tác dụng chống gió động của TLCD trong nhà nhiều tầng, có so
sánh với trường hợp có sử dụng TMD.
Minh họa cho ví dụ này là công trình 20 tầng cao 72m. Tải trọng gió động được
mô tả dưới dạng xung sin gián đoạn và sung chữ nhật gián đoạn, Khảo sát 12 trường
hợp tải trọng gió với chu kỳ thay đổi từ 0.2 ÷ 2.5s
Các trường hợp khảo sát:
- Không có hệ cản
- Có hệ cản TLCD trên mái, tỷ số khối lượng thay đổi từ 1% đến 5% (so với khối
lượng mode thứ nhất), 5 sơ đồ.
Phân tích động lực học theo lịch sử thời gian với 6 sơ đồ trên , mỗi sơ đồ chịu 24
trường hợp xung gió. So sánh phản ứng của các sơ đồ: chuyển vị đỉnh tầng 20, gia tốc
đỉnh tầng 20, chuyển vị và gia tốc các tầng trong trường hợp tần số xung gió bằng tần
số kết cấu (cộng hưởng). Mức độ giảm phản của từng sơ đồ tương ứng với từng trường
hợp nêu trên đều có so sánh với trường hợp sử dụng hệ cản TMD ( thay cho hệ TLCD)
Từ đó đánh giá về hiệu quả chống gió động của hệ cản TLCD, so sánh với hệ
cản TMD.
Nội dung này được trình bày ở ví dụ 4.3, chương 4
<7> Các nhận xét và kết luận chung nhất rút ra từ các ví dụ, từ đây rút ra được

ưu nhược điểm của hệ cản TLCD với từng loại kích động so sánh với ưu nhược điểm
của hệ TMD. Các hướng cải tiến hệ cản TLCD cần được nghiên cứu tiếp theo của đề
tài.
Nội dung này được trình bày ở chương 5

Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD

14


1.6 Cấu trúc của luận văn.
- Lời cảm ơn
- Tóm tắc luận văn
- Mục lục
- Chương 1: Tổng quan
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết và năng lượng tiêu tán của hệ cản chất lỏng.
- Chương 3: Xác định các thông số tối ưu của hệ cản bị động TLCD và phản
ứng của công trình
- Chương 4: Các ví dụ tính toán bằng số.
- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài
- Phụ lục

Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD

15


Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ SỰ TIÊU TÁN NĂNG LƯNG CỦA HỆ CẢN BỊ ĐỘNG

2.1 Mở đầu.
Cản là quá trình các hệ thống vật lý tiêu tán và hấp thu năng lượng tạo ra từ các
tác động bên ngoài. Cản làm giảm sự gia tăng năng lượng biến dạng, đặc biệt ở gần
điều kiện cộng hưởng thì cản quyết định phản ứng của kết cấu. Hình 2.1 minh họa ảnh
hưởng của cản đối với đáp ứng năng lượng biến dạng của 1 hệ có khối lượng 1kg và
chu kỳ 1 giây, chịu ảnh hưởng của động đất El Centro với gia tốc nền cho trong hình
2.2. Trong giai đọan đầu của phản ứng, năng lượng đầu vào (Input enery, EI) gia tăng
rất nhanh. Cản làm tiêu tán năng lượng qua 1 chu kỳ phản ứng (= 1 giây trong ví dụ
này). Nếu tỷ số cản nhỏ thì năng lượng tiêu tán trong 1 chu kỳ là nhỏûvà cần phải qua
nhiều chu kỳ thì năng lượng mới được tiêu tán hết. Khi tỷ số cản tăng thì năng lượng tiêu
tán trong 1 chu kỳ tăng lên và sự gia tăng của năng lượng tích trữ trong kết cấu (Stored
enery, Es) sẽ chậm lại. Với ví dụ này thì khi tăng tỷ số cản ς từ 2% đến 10%, năng
lượng tích trữ giảm 3,7 lần [ 12 ]. Cần lưu ý rằng phản ứng của kết cấu sẽ khác nhau
với gia tốc nền của các trận động đất khác nhau. Cũng với kết cấu như trên, nếu chịu
động đất Northridge thì biểu đồ năng lượng (Hình 2.3) khác nhiều so với chịu động đất
El Centro (Hình 2.1).
Có nhiều cơ chế tiêu tán và hấp thu năng lượng:
- Năng lượng tiêu tán do tính nhớt của vật liệu. Quá trình này phụ thuộc vào tốc
độ biến dạng, được xếp vào nhóm cản vật liệu (material damping), có thể gặp ở các vật
liệu đàn nhớt (viscoelasic).
- Tiêu tán và hấp thu năng lượng do biến dạng không đàn hồi có tính chu kỳ của
vật liệu với hiện diện của biến dạng dư. Biến dạng không đàn hồi có tính chu kỳ tạo
thành 1 vòng trễ (Hysteretic) làm tiêu tán năng lượng, còn biến dạng dư thể hiện sự
hấp thu năng lượng. Quá trình này được gọi là cản trễ (Hysteretic damping).
- Tiêu tán năng lượng xảy ra do ma sát giữa 2 vật thể chuyển động tiếp xúc
nhau. Nếu độ lớn lực ma sát là hằøng số thì ta có cản coulomb. Nếu lực ma sát có độ lớn
thay đổi thì ta có cản kết cấu (Structural damping), là trường hợp tổng quát của cản do
ma sát.
- Tiêu tán năng lượng qua sự tương tác giữ kết cấu với môi trường xung quanh.
Ví dụ trường hợp kết cấu chuyển động trong môi trường chất lỏng thì chất lỏng sẽ tác

dụng vào kết cấu một lực tùy thuộc vào vận tốc tương đối của chuyển động, lực này
được xem như lực cản nhớt tương đương.
Nghiên cứu giải pháp điều khiển bị động kết cấu với hệ cản TLCD

16