BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI TRẦN THỊ PHƯƠNG HOA PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG RIÊNG KHUNG PHẲNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI TRẦN THỊ PHƯƠNG HOA kho¸ 2016-2018; líp cao häc 2016X1 PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG RIÊNG KHUNG PHẲNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHIỆP MÃ SỐ: 60.58.02.08 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN THỊ THÚY VÂN TS ĐỖ XUÂN TÙNG HÀ NỘI – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI TRẦN THỊ PHƯƠNG HOA kho¸ 2016-2018 PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG RIÊNG KHUNG PHẲNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DD&CN MÃ SỐ: 60.58.02.08 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN THỊ THÚY VÂN TS ĐỖ XUÂN TÙNG XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN PGS.TS NGUYỄN PHƯƠNG THÀNH HÀ NỘI – 2018 LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, thầy cô khoa Sau Đại học với thầy giáo, cô giáo khoa, môn giảng dạy tạo điều kiện để tơi hồn thành khóa học 2016 - 2018 Đặc biệt cảm ơn cô TS Trần Thị Thúy Vân thầy TS Đỗ Xuân Tùng người trực tiếp hướng dẫn khoa học luận văn tạo điều kiện, dành nhiều thời gian, nhiệt tình giúp đỡ đầu tư tài liệu để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Cảm ơn thầy giáo, cô giáo Bộ môn Sức bền – Kết cấu trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, thầy cô tiểu ban bảo vệ đề cương, thầy cô tiểu ban kiểm tra tiến độ luận văn, có ý kiến góp ý quý báu cho nội dung luận văn Vì thời gian thực luận văn có hạn nên khơng tránh khỏi hạn chế, thiếu sót Tơi xin hứa đầu tư nghiên cứu thêm vấn đề hạn chế, thiếu sót để hồn thiện thêm kiến thức trình làm việc sau Hà Nội, ngày , tháng năm 2018 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Trần Thị Phương Hoa LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sỹ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Trần Thị Phương Hoa MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn đề tài NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN DAO ĐỘNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG CỦA KHUNG PHẲNG3 1.1 Sử dụng khung phẳng kết cấu công trình 1.2 Bài tốn dao động 1.2.1 Phân loại dao động 1.2.2 Khái niệm bậc tự 1.2.3 Phương trình dao động số loại hệ 10 c) Dao động hệ vô số bậc tự 14 1.3 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu 15 1.3.1 Các phương pháp giải tích phân tích dao động hệ khung phẳng [4] 16 1.3.2 Các phương pháp số phân tích dao động hệ khung phẳng 22 CHƯƠNG XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG KHUNG PHẲNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 24 2.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn hệ 24 phẳng 24 2.1.1 Nội dung tổng quát phương pháp phần tử hữu hạn hệ phẳng [7] 24 2.1.2 Thiết lập ma trận độ cứng phần tử chịu uốn kéo nén hệ phẳng [7] 28 a Phần tử hai đầu ngàm 28 2.2 Xây dựng quy trình phân tích dao động hệ khung phẳng phương pháp phần tử hữu hạn 40 2.2.1 Thiết lập ma trận khối lượng hệ phẳng phương pháp phần tử hữu hạn [8] 40 2.2.2 Quy trình phân tích dao động hệ khung phẳng phương pháp phần tử hữu hạn 48 2.2.3 Thiết lập sơ đồ khối tốn phân tích dao động hệ khung phẳng 49 2.2.4 Thiết lập phần tử mẫu hàm Matlab 51 2.2.5 Thiết lập trình tự giải tốn phần mềm lập trình Matlab 58 CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TỐN 62 3.1 Ví dụ 1: Phân tích dao động khung phẳng nhịp 62 3.2 Ví dụ 2: Phân tích dao động khung phẳng nhiều nhịp 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 KẾT LUẬN 76 KIẾN NGHỊ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình Tên hình Trang Hình 1.1 Khung với hệ thống dầm Hình 1.2 Ví dụ cơng trình sử dụng khung thép Hình 1.3 Ví dụ kết cấu khung bê tơng cốt thép Hình 1.4 Ví dụ khung phẳng 10 Hình 1.5 Ví dụ sơ đồ tính hệ bậc tự 11 Hình 1.6 Ví dụ sơ đồ tính hệ bậc tự 12 Hình 1.7 Ví dụ sơ đồ tính hệ nhiều bậc tự 13 Hình 1.8 Sơ đồ tính kệ bậc tự 14 Hình 1.9 Sơ đồ đặt tải trọng đơn vị vị trí có khối lượng vị trí tải trọng động tác dung 15 Hình 1.10 Sơ đồ tính dao động hệ hữu hạn bậc tự 15 Hình 1.11 Đường đàn hồi hệ 19 Hình 1.12 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên hệ 24 Hình 2.1 Hình 2.2 Sơ đồ tính hệ chịu dao cưỡng khơng xét tới ảnh hưởng lực cản Sơ đồ tải trọng chuyển vị phần tử hai đầu ngàm 31 32 Sơ đồ tải trọng chuyển vị phần tử đầu Hình 2.3 khớp đầu ngàm 36 Hình 2.4 Biểu diễn chuyển vị điểm vật thể 36 Hình 2.5 Chuyển vị xét tới chuyển động dọc trục (phần tử kéo nén) 37 Hình 2.6 Chuyển vị xét tới chuyển động vuong góc với trục 41 Hình 2.7 Đồ thị hàm dạng phần tử chịu uốn 42 Hình 2.8 Ví dụ sơ đồ tính dao động khung phẳng 45 Hình 2.9 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 ` Sơ đồ khối tốn phân tích dao động hệ khung phẳng phương pháp phần tử hữu hạn Ví dụ sơ đồ tính dao động tự khung phẳng nhịp Ví dụ sơ đồ tính dao động tự khung phẳng nhịp phần mềm phân tích kết cấu Sap2000 Ví dụ sơ đồ tính dao động tự khung phẳng nhiều nhịp phần mềm lập trình Matlab Ví dụ sơ đồ tính dao động tự khung phẳng nhiều nhịp phần mềm phân tích kết cấu Sap2000 47 55 59 61 66 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng, biểu bảng Bảng 3.1 Bảng 3.2 Kết tần số dao động riêng khung phẳng phần mềm lập trình Matlab Kết tần số dao động riêng khung phẳng phần mềm phân tích kết cấu Sap2000 Trang 59 60 So sánh kết tần số dao động riêng khung Bảng 3.3 phẳng phần mềm lập trình Matlap 60 Sap2000 Bảng 3.4 Kết tần số dao động riêng khung phẳng nhiều nhịp phần mềm lập trình Matlab 66 Kết tần số dao động riêng khung phẳng Bảng 3.5 nhiều nhịp phần mềm phân tích kết cấu 67 Sap2000 So sánh kết tần số dao động riêng khung Bảng 3.6 phẳng phần mềm lập trình Matlab Sap2000 67 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Khung phẳng hệ kết cấu chịu lực tương đối phổ biến kết cấu Formatted: Justified, Indent: First line: 0.25", Line spacing: 1.5 lines cơng trình nói chung kết cấu xây dựng nhà dân dụng cơng nghiệp nói riêng Trong tài liệu tính tốn học cơng trình phân tích dao động Formatted: Justified, Indent: Left: 0", First line: 0.5", Line spacing: 1.5 lines cho khung phẳng nhiều tốn đề cập giải tương đối triệt để Các lý thuyết tính tốn để giải tốn xây dựng sở phương pháp giải tích phương pháp lực phương pháp chuyển vị cho kết xác trường hợp khung có sơ đồ khơng q phức tạp Đối với tốn khung phẳng có sơ đồ phức tạp khung nhiều tầng hay nhiều nhịp việc sử dụng phương pháp giải tích gặp phải khó khăn định mặt tốn học Hiện nay, với phát triển mạnh mẽ công nghệ thơng tin việc giải tốn theo phương pháp số ứng dụng rộng rãi, phương pháp số dùng kỹ thuật kể đến phương pháp phần tử biên, phương pháp phần tử hữu hạn,…Tuy nhiên, phân tích dao động phương pháp phần tử hữu hạn cho phép giải toán dễ dàng triệt để so với phương pháp số khác Vì lý nêu học viên chọn đề tài: “Phân tích dao động riêng khung phẳng phương pháp phần tử hữu hạn” để thực luận văn Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu phương pháp phân tích dao động khung phẳng phương pháp phần tử hữu hạn Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Khung phẳng có điều kiện biên Formatted: Normal, Justified, Indent: First line: 0.25", Space Before: pt, After: pt, Line spacing: 1.5 lines Formatted: Normal, Justified, Indent: First line: 0.25", Space Before: pt, After: pt, Line spacing: 1.5 lines Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tính tốn dao động khung phẳng điều kiện biên bất kỳ, vật liệu làm việc giai đoạn đàn hồi Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu ngun lý tính tốn kỹ thuật cơng trình, phương pháp đề cập động lực Formatted: Normal, Justified, Indent: First line: 0.25", Space Before: pt, After: pt, Line spacing: 1.5 lines học cơng trình Phân tích phương pháp tính để lựa chọn phương pháp phù hợp Trên sở phương pháp phần tử hữu hạn lựa chọn xây dựng toán thuật toán giải Sử dụng phần mềm ứng dụng (Matlab) lập trình giải tốn xây dựng, phần mềm phân tích kết cấu Sap2000 để kiểm chứng kết tính tốn Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đưa phương pháp phân tích dao động khung phẳng với sơ đồ phức tạp điều kiện biên mà phương pháp giải tích thơng thường chưa Formatted: Normal, Justified, Indent: First line: 0.25", Space Before: pt, After: pt, Line spacing: 1.5 lines giải phức tạp thực chúng Các kết nghiên cứu áp dụng việc phân tích kết cấu cơng trình Cấu trúc luận văn đề tài Ngoài phần mở đầu kết luận nội dung luận văn có ba chương gồm có: - Chương I: Tổng quan tốn dao động phương pháp phân tích dao động hệ khung phẳng - Chương II: Xây dựng quy trình phân tích dao động hệ khung phẳng phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng phần mềm lập trình Matlab - Chương III: Ví dụ phân tích dao động hệ khung phẳng phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng phần mềm lập trình Matlab Formatted: Justified, Indent: Left: 0", First line: 0.39", Line spacing: 1.5 lines, Bulleted + Level: + Aligned at: 0.39" + Indent at: 0.64", Tab stops: 0", Left THÔNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình, luận văn Trương Mỹ Phẩm (2014), Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu phương pháp tính nội lực chuyển vị dầm có độ cứng thay đổi”, Trường ĐH Kiến Trúc Hà Nội Sách Tiếng Việt GS Nguyễn Đình Cống (2006), Tính tốn tiết diện cột bê tông cốt thép, Nhà xuất Xây dựng Hà Nội Lê Văn Quý - Trần Quang Vinh (1997), Động lực học cơng trình, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội PGS Lê Thanh Huấn (2007), Kết cấu Nhà cao tầng Bê tông cốt thép, Nhà xuất Xây dựng Hà Nội Lưu Nguyễn Nam Hải (2015), Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm MathCad, NXB Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Ngọc Huỳnh Hồ Thuần (1976), Ứng dụng ma trận kỹ thuật, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Chu Quốc Thắng (1997), Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Trần Ích Thịnh - Trần Đức Trung - Nguyễn Việt Hùng (2000) Phương pháp phần tử hữu hạn kỹ thuật Đại học Bách Khoa– Hà Nội Lều Thọ Trình - Đỗ Văn Bình (2005), Ổn định cơng trình, NXB Khoa học kỹ thuật 78 Bùi Minh Trí (1999), Quy hoạch tốn học, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 10 Nguyễn Viết Trung - Vũ Văn Toàn- Trần Thu Hằng (2009), Tính tốn kỹ thuật xây dựng Mathcad, NXB Xây dựng, Hà Nội 11 Nguyễn Hoài Sơn (2008), Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn tính toán kỹ thuật FEM-MATLAP – NXB Đại học Quốc gia TP HCM 12 Nguyễn Mạnh Yên (2000), Phương pháp số học kết cấu, NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội Sách Tiếng Anh 14 Tirupathi R (2000) Chandrupatla – Ashok D Belegundu Introduction Finite Elements in Engineering (2005) Third Edition 15 Young W Hwon - Hyochoong Bang (2000), The Finite Element Method Using MATLAB Second Editor CRC Press 16 J N Reddy An Introduction To The Finite Element Method (2005) Third Edition Tata McGraw-Hill 17 Klaus – Jürgen Bathe (2005) Finite Element Procedures Prentice-Hall of India, New Delhi 18 Anil K Chopra, Dynamics of structures: theory and applications to earthquake engineering (2007) Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ 79 Sách Tiếng Nga 19 В.Н Иванов (2007),Основычисленныхметодоврасчетаконструкций, Москва ... Phân tích dao động riêng khung phẳng phương pháp phần tử hữu hạn để thực luận văn Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu phương pháp phân tích dao động khung phẳng phương pháp phần tử hữu hạn. .. phương pháp số phân tích dao động hệ khung phẳng 22 CHƯƠNG XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG KHUNG PHẲNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 24 2.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu. .. trình phân tích dao động hệ khung phẳng phương pháp phần tử hữu hạn 40 2.2.1 Thiết lập ma trận khối lượng hệ phẳng phương pháp phần tử hữu hạn [8] 40 2.2.2 Quy trình phân tích dao động