aloha_everyone
New Member
Download miễn phí Chống dao động cho công trình bằng kỹ thuật điều khiển chủ động
Hiện nay, có khoảng hơn 20 công trình cao tầng áp dụng kỹ thuật điều khiển chủ động được xây dựng trên thế giới từ đầu thập kỷ 90 của thế kỷ 20 trở lại đây, hầu hết tập trụng tại Nhật Bản ( 19 công trình). để có cái nhìn sơ lược về trình độ áp dụng của kỹ thuật này trên thế giới, chúng tôi xin giới thiệu 2 công trình tiêu biểu sau:
Công trình KYOBASHI SEIWA BUILDING được xây dựng tại Tokyo vào năm 1989 là công trình đầu tiên trên thế giới ứng dụng kỹ thuật này. công trình có 11 tầng, cao 33,1 m, khối lượng suy rộng ở mode đầu tiên là 400 tấn. Hệ thống chống dao động bao gồm 2 giảm chấn khối lượng chủ động ( active mass damper AMD). Một AMD nặng 4 tấn được sử dụng để chống lại dao động theo phương ngang nhà, được bố trí ở gần trọng tâm nhà. Một AMD nặng 1 tấn được sử dụng để chịu các dao động xoắn, bố trí ở một đầu hồi. Cả 2 hoạt động được nhờ các cơ cấu thủy lực. Mục tiêu khi thiết kế hệ thống giảm chấn này là làm suy giảm dao động của ngôi nhà khi chịu gío mạnh hay các trận động đất vừa phải.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ hai vềSự cố và hư hỏng công trình Xây dựng
CHỐNG DAO ĐỘNG CHO CÔNG TRÌNH
BẰNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CHỦ ĐỘNG
ACTIVE CONTROL OF STRUCTURE VIBRATIONS
ThS. Ngô Vi Long
Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
ABSTRACT: In our century, controls of structure vibrations now become a domain more and more interested, and technolodgy of vibration control of structures makes a lot of new progresses. In this paper, we want to introduce some lines about the tehnolodgy of active control of structure vibration. Based on the information about input and output of structure system, a control force(s) is actively entered in the system to change the dynamic parameters of structures and/or external loads, in order to reduce vibration.
TỪ KHÓA: Điều khiển, giảm chấn, chủ động, thụ động, thích nghi, phản hồi.
MỞ ĐẦU
Như chúng ta đã biết, nhiều công trình trên thế giới đã áp dụng kỹ thuật chống dao động bằng các giảm chấn thụ động. Nguyên tắc cơ bản của kỹ thuật này là tiêu hao năng lượng dao động của công trình trong các thiết bị giảm chấn gắn thêm vào công trình. Các thiết bị này hoạt động được cũng nhờ vào chính năng lượng dao động của công trình.
Cho đến đầu những năm 90 của thế kỷ 20, trên thế giới bắt dầu xuất hiện những công trình sử dụng các thiết bị giảm chấn chủ động, hoạt động được nhờ các nguồn năng lượng bên ngoài độc lập. Kỹ thuật điều khiển chủ động có những ưu điểm vượt trội so với kỹ thuật điều khiển bị động. Dưới đây, chúng tui xin giới thiệu một số nét về kỹ thuật điều khiển chủ động .
2. PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG–VAI TRÒ CỦA LỰC ĐIỀU KHIỂN
Giả sử chúng ta xem xét một hệ một bậc tự do như hình 1, phương trình chuyển động của hệ có dạng:
K
f
m
trong đó :
v
C
m - khối lượng của hệ.
C - độ giảm chấn của hệ.
Hình 1. hệ một bậc tự do
K - độ cứng của hệ.
f - ngoại lực tác dụng lên hệ.
v - chuyển vị của khối lượng m.
Để điều khiển dao động của khối lượng m, chúng ta có thể thay đổi các tham số động học của hệ : m, C, K hoặc/và ngoại lực tác dụng lên hệ f :
Khi xem xét ảnh hưởng đối dao động của hệ, ta thấy sự thay đổi khối lượng chỉ làm thay đổi vị trí của đỉnh cộng hượng trên thang tần số, mà không làm thay đổi giá trị đỉnh cộng hưởng trong cả hai trường hợp hệ chịu tải trọng bên ngoài và dao động nền.
Thay dổi độ cứng sẽ dịch chuyển vị trí đỉnh cộng hưởng cũng như làm thay đổi giá trị chuyển vị của dao động trong trường hợp hệ chịu tải trọng, song không làm thay đổi giá trị đỉnh cộng hưởng trong trường hợp hệ chịu dao động nền.
Việc tăng độ giảm chấn của hệ sẽ làm suy giảm giá trị đỉnh cộng hưởng trong cả hai trường hợp chịu tải ngoài và dao động nền.[2],[5].
Trong kỹ thuật điều khiển chủ động, tất cả các thay đổi đó đều có thể đạt được thông qua một lực điều khiển r. Để tạo ra lực điều khiển này, chúng ta có thể gắn thêm một thiết bị giảm chấn khối lượng chủ động(active mass damper AMD), sử dụng khối lượng phụ m1 như hình vẽ 2, nối với khối lượng m thông qua một động cơ.
C
K
m
v
f
m1 1+
r
Phương trình chuyển động của hệ được viết lại như sau:
lực điều khiển r có thể viết dưới dạng:
Hình 2. hệ một bậc tự do có gắn thiết bị giảm chấn chủ động.
Khi chúng ta cho g1 = g2 = g3 = 0, phương trình chuyển động của hệ trở thành:
như vậy, chúng ta thấy lực điều khiển r ở đây có tác dụng làm thay đổi tham số khối lượng của hệ. Cũng xem xét tương tự như vậy, chúng ta thấy lực điều khiển r có vai trò làm thay đổi độ giảm chấn, độ cứng cũng như ngoại lực.
CÁC SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN
Ngoại lực
Hệ kết cấu
Đáp ứng
Bộ điều khiển trung tâm
Cơ cấu chấp hành
Cảm biến
Cảm biến
Caỷm bieỏn
Cụ caỏu chaỏp haứnh
Boọ ủieàu khieồn trung taõm
Hình 3.
Sơ đồ khối của hệ thống
Tùy theo cách thức tổ chức của hệ thống mà ta có các sơ đồ như sau [2],[4]:
2.1. Sơ đồ điều khiển vòng kín
Hình 4. Sơ đồ điều khiển vòng kín
Heọ keỏt caỏu
ẹaựp ửựng
Boọ ủieàu khieồn trung taõm
Cụ caỏu chaỏp haứnh
Caỷm bieỏn
Theo sơ đồ này, các đáp ứng của hệ ( gia tốc, vận tốc, chuyển vị) sẽ được hồi tiếp trở lại bộ điều khiển trung tâm. bộ điều khiển trung tâm sẽ tính tóan giá trị lực điều khiển và ra lệnh cho cơ cấu chấp hành phát lực điều khiển. Toàn bộ hệ thống tạo thành vòng kín.
Sơ đồ điều khiển vòng hở
Hình 5.
Sơ đồ điều khiển vòng hở
ẹaựp ửựng
Cụ caỏu chaỏp haứnh
Heọ keỏt caỏu
Boọ ủieàu khieồn trung taõm
Caỷm bieỏn
2.3. Sơ đồ điều khiển hỗn hợp: Bao gồm cả 2 loại trên.
BÀI TOÁN THIẾT KẾ TỐI ƯU
Một trong những nhiệm vụ quan trọng của công tác thiết kế điều khiển chủ động là lựa chọn các hệ số g0, g1, g2, g3[2]. Ta có thể đặt ra các bài tóan tối ưu khác nhau để xác định các hệ số này. Chẳng hạn, cực tiểu năng lượng cung cấp cho thiết bị , hay cực tiểu thời gian để các đáp ứng của hệ trở về trong giới hạn cho phép.
Dưới đây chúng tui xin trình bày một bài tóan tối ưu như sau:
Bộ điều khiển trung tâm sẽ liên tục theo dõi các đáp ứng của hệ, cùng giá trị của tải trọng ngoài. Một khi ngưỡng an toàn bị vi phạm, chẳng hạn chuyển vị vượt quá giới hạn cho phép, thì bộ điều khiển sẽ ra lệnh cho cơ cấu chấp hành phát ra vectơ lực điều khiển nhằm đưa tất cả các đáp ứng về dưới ngưỡng định trước sau một khoảng thời gian nhất định. Biên độ của lực điều khiển được xác định sao cho giảm thiểu tối đa năng lượng cung cấp. Giả sử chúng ta xem xét một hệ kết cấu n bậc tự do. Tại thời điểm t0, vec tơ tải trọng ngoài là P0, đáp ứng của hệ là vec tơ chuyển vị X0, vec tơ vận tốc VT0, và vec tơ gia tốc GT0. Cũng giả sử rằng, tại thời điểm t0, có một hệ thống xung áp đặt lên kết cấu, biểu diễn bằng vec tơ XG0.
Tại thời điểm t1 sau đó ( Dt = t1 – t0 đủ nhỏ để đảm bảo giả thiết tải trọng không đổi), tương ứng chúng ta có các vectơ X1, VT1, GT1 là vec tơ chuyển vị, vận tốc và gia tốc dao động của hệ.
Chúng ta có thể viết phương trình xác định đáp ứng của hệ tại thời điểm t1 như sau:
VTi = Kx . X0 + KVT . VT0+KGT . GT0+KP . P0+KXG . XG0
GTi = Hx.Xo + HVT . VTo +HGT . GTo +Hp.Po + HXG . Go
Xi = Zx. Xo + Z GT . VTX + ZGT .GTo + ZP .Po + ZXG . XGo
Zx là ma trận ảnh hưởng chuyển vị. Phần tử ZX-ik là chuyển vị tại bậc tự do thứ i của hệ ở thời điểm t1 do chuyển vị đơn vị tại bậc tự do thứ k của hệ ở thời điểm t0 trước đó gây ra.
ZVT là ma trận ảnh hưởng vận tốc. Phần tử ZVT-ik là chuyển vị tại bậc tự do thứ i của hệ ở thời điểm t1 do vận tốc đơn vị tại bậc tự do thứ k của hệ ở thời điểm t0 trước đó gây ra.
ZGT là ma trận ảnh hưởng gia tốc. Phần tử ZGT-ik là chuyển vị tại bậc tự do thứ i của hệ ở thời điểm t1 do gia tốc đơn vị tại bậc tự do thứ k của hệ ở thời điểm t0 trước đó gây ra.
ZP là ma trận ảnh hưởng tải trọng. Phần tử ZP-ik là chuyển vị tại bậc tự do thứ i của hệ ở thời điểm t1 do tải trọng đơn vị có bề rộng bằng Dt tại bậc tự do thứ k của hệ ở thời điểm t0 trước đó gây ra.
ZXG l...