Đang tải... (xem toàn văn)
LVTS22 Tính toán tĩnh và tìm tần số dao động riêng của hệ lưới dây theo phương pháp nguyên lý Gauss Đăng ngày 04072011 04:28:00 PM 485 Lượt xem 703 lượt tải Giá : 0 VND Tính toán tĩnh và tìm tần số dao động riêng của hệ lưới dây theo phương pháp nguyên lý Gauss Hãng sản xuất : Unknown
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN TIẾN LƯƠNG TÍNH TOÁN T ĨNH VÀ TÌM TẦN SỐ DAO ĐỘNG RIÊNG CỦA HỆ LƯỚI DÂY THEO PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN L Ý GAUSS LUẬN VĂN THẠC S Ĩ K Ỹ THUẬT Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng & công nghiệp Hà Nội - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN TIẾN LƯƠNG KHOÁ 2008-2011 LỚP CH 2008X1 TÍNH TOÁN T ĨNH VÀ TÌM TẦN SỐ DAO ĐỘNG RIÊNG CỦA HỆ LƯỚI DÂY THEO PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN LÝ GAUSS Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng & công nghiệp Mã số: 60.58.20 LUẬN VĂN THẠC S Ĩ K Ỹ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: TS. Phạm Văn Trung 2: TS. Trịnh Tự Lực Hà Nội - 2011 1 MỞ ĐẦU * Lý do chọn đề tài: Kết cấu dây là kết cấu trong đó các cấu kiện chịu lực cơ bản chỉ chịu kéo (lưới dây, dây cáp, dây xích, màng, ). Kết cấu dây được dùng rộng rãi trong các ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp, cơ khí, mỏ, điện, để làm mái treo, cầu treo, dây chuyển tải, đường dây tải điện, dây căng trong công trình tháp trụ vô tuyến điện Kết cấu dây là hình thức kết cấu có nhiều triển vọng do những ưu điểm: các cấu kiện chỉ chịu lực kéo nên có khả năng sử dụng vật liệu có cường độ chịu lực cao, có khối lượng nhẹ, có thể vượt qua được những khẩu độ rất lớn với giá thành rẻ, vận chuyển và lắp ráp dễ dàng, hình thức đa dạng và tạo hình dễ nên được sử dụng để sáng tạo ra những công trình kiến trúc hài hoà và thanh mảnh, Nhưng kết cấu dây có nhược điểm là: có độ cứng nhỏ, có chuyển vị lớn dưới tác dụng của tải trọng cục bộ, có lực xô lớn nên phải xây dựng kết cấu neo (neo vào mố neo trong đất, neo vào dầm cứng, neo vào các vành cứng, ). Ở nước ta việc áp dụng kết cấu dây nói chung và kết cấu lưới dây nói riêng trong các công trình dân dụng và công nghiệp còn nhiều mới lạ. Tuy nhiên thời gian gần dây chúng ta đ ã quan tâm nhiều hơn tới việc áp dụng kết cấu này trong lĩnh vực xây dựng, đặc biệt là đ ã rất thành công trong việc thiết kế và thi công xây dựng công trình cầu giao thông. Kết cấu lưới dây là hệ phi tuyến hình học, do phải giả thiết dạng ban đầu của dây và dùng các phép toán đơn giản hoá khi tính chiều dài phân tố dây nên việc tìm kiếm lời giải chính xác còn hạn chế, các phương pháp tính toán cho đến nay đ ã được nhiều tác giả nghiên cứu cơ bản là gần đúng, hơn nữa một số bài toán lý thuyết cơ bản về tính toán tải trọng động còn chưa có, nên đ ã hình thành đề tài "Tính toán tĩnh và tần số dao động riêng của hệ lưới dây theo phương pháp nguyên lý Gauss". 2 * Mục đích nghiên cứu, nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài: - Tìm hiểu các phương pháp giải bài toán kết cấu của hệ lưới dây chịu tải trọng tĩnh đ ã biết. - Tìm hiểu nguyên lý Gauss và cách áp dụng để giải bài toán về dây mềm. - Ứng dụng của phương pháp nguyên lý Gauss cho bài toán hệ lưới dây chịu tải trọng tĩnh và cách tìm tần số dao động riêng của hệ lưới dây theo phương pháp trên. * Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu là kết cấu lưới dây mềm dùng trong các công trình dân dụng và công nghiệp. - Phạm vi nghiên cứu cho bài toán kết cấu tính toán tĩnh và tìm tần số dao động riêng của hệ lưới dây theo phương pháp nguyên lý Gauss. * Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết các phương pháp và nguyên lý Gauss, xây dựng nên lý thuyết cho các phương pháp tính toán kết cấu lưới dây. - Nghiên cứu, xây dựng và giải bài toán hệ lưới dây chịu tải trọng tĩnh và bài toán tìm trị riêng của hệ lưới dây. * Hướng và kết quả nghiên cứu: Nghiên cứu về hệ lưới dây mềm (phi tuyến hình học) cho các công trình dân dụng và công nghiệp. * Ý ngh ĩa khoa h ọc và thực tiễn của đề tài: Vận dụng bài toán lý thuyết của hệ lưới dây chịu tải trọng tĩnh và động từ đó áp dụng cho những công trình thực tiễn kết hợp với tiêu chuẩn tính toán cho từng loại công trình khác nhau. 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LƯỚI DÂY 1.1 Kết cấu dây, cấu tạo chung của kết cấu lưới dây: 1.1.1 Kết cấu dây: Kết cấu dây là hệ kết cấu được tạo bởi những dây mềm chỉ chịu kéo, bỏ qua khả năng kháng uốn của dây. Kết cấu dây còn được dùng kết hợp với các hệ kết cấu cứng khác như: tấm, dầm hoặc dàn tạo thành hệ kết cấu liên hợp như cầu dây văng hay mái treo dầm cứng, dàn cứng. Trong kết cấu dây thường dùng các loại cáp được làm từ thép các bon thấp, thép cường độ cao, thép không gỉ, polyester, hoặc sợi aramid. Cáp được tạo từ bó các sợi nhỏ được xoắn hoặc bó với nhau. Ta có thể chế tạo cáp có cường độ gấp sáu lần nhưng giá thành chỉ đắt hơn hai lần thép xây dựng thông thường. Do đó kết cấu dây có khả năng chịu kéo lớn, trọng lượng nhẹ, cho phép vượt nhịp lớn, tạo hình dáng kiến trúc mới lạ, phong phú và đa dạng. Trên thế giới kết cấu dây được ứng dụng sớm hơn ở ngành giao thông: tại Anh cây cầu treo đầu tiên vượt 21m được xây dựng năm 1741 bắc qua Sông Tess. Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng và công nghiệp, năm 1896 lần đầu tiên trên thế giới kỹ sư V.G.Shukhov người Nga dùng kết cấu dây để thiết kế mái với các dạng tròn (D=68m), ô van (D max =100m) và hình chữ nhật (30x70m). Đến năm 1932 công trình tiếp theo sử dụng kết cấu dây là công trình Băng tải nâng hàng ở Allbaney (Mỹ). Từ đó đến nay nhiều công trình sử dụng kết cấu dây đ ã được xây dựng, nó đ ã trở thành biểu tượng văn hoá, khoa học kỹ thuật, điểm thăm quan du lịch, niềm tự hào của địa phương và của Quốc gia có công trình kiến trúc sử dụng loại kết cấu này, ví dụ như: Các công trình văn hoá: Nhà triển lãm tại Oklahoma-City (Mỹ) có kích thước mái 97,5x122m; Nhà triển lãm của Pháp tại Bruxenlles (Bỉ) kích thước mái 17x34m; Nhà triển lãm thành phố New York (Mỹ) có mặt 4 bằng hình elip, cao 30m, vành biên ngoài bằng bê tông cốt thép, đường kính lớn 110m, đường kính nhỏ 79m; Nhà Sidney Myer Music Bowl tại Kings Domain, Melbourne (Úc). Hình 1.1. Một số công trình văn hóa Các công trình thể thao: Sân vận động Olimpic ở Munich (Đức), ngày nay đ ã được sửa chữa và gọi là sân The Allianz Arena; Sân vận động Olimpic Seun (Hàn Quốc) có mặt bằng hình tròn, đường kính 120m; Công trình bể bơi Thành phố Wuppertal (Đức) có kích thước mái 38x65m; Nhà thi đấu tại Zheshuv (Ba Lan) có kích thước mái 57,5x39,2m; Bể bơi Olimpic tại Tokyo (Nhật Bản) có kích thước mái 120x214m. Hình 1.2. Một số công trình thể thao Các công trình sản xuất: Nhà máy giấy Mantu (Italia), mặt bằng hình chữ nhật 30x249m; Nhà ga Kiep (Ucraina) bặt bằng hình tròn đường kính 161m; Xưởng sản xuất Lesjeforce (Thuỵ Điển) có kích thước mái 14,25x92,75m). Một số công trình tiêu biểu được giới thiệu trên hình 1.3. 5 Hình 1.3 Một số công trình sản xuất Các công trình công cộng: Căn lều khổng lồ mang tên Khan Shatyr Astana là thủ đô mới của Kazakhstan. Hình 1.4 Một số công trình công cộng Nói chung kết cấu mái treo được sử dụng rộng rãi làm mái của các công trình nhịp lớn. Ngoài ra kết cấu treo cong được sử dụng rộng rãi trong nhiều l ĩnh v ực: Trong giao thông vận tải dùng làm cầu dây văng hoặc cầu dây võng như cầu Bãi Cháy, cầu Thuận Phước. Trong du lịch dùng làm đường cáp treo vợt qua mọi địa hình phức tạp như rừng núi, sông biển, sa mạc,…Trong ngành điện dùng làm đường dây tải điện,… Hình 1.5 Một số công trình dùng kết cấu dây 6 1.1.2 Cấu tạo chung của mái treo: Nói chung hệ kết cấu chịu lực chính của mái treo bao gồm ba bộ phận chính: Trụ và móng đỡ, hệ kết cấu biên cứng, hệ dây và kết cấu neo dây. Thiết kế kết cấu dây nói chung và kết cấu lưới dây nói riêng có đặc điểm là phải xét đến lực neo dây và tính chất động lực học của kết cấu dây. Hệ kết cấu dây dễ bị kích động và xảy ra hiện tượng mất ổn định khí động học đàn hồi khi tải trọng thay đổi. Tháng 11 năm 1940 Cầu treo Tacoma Narrows (Tây Ban Nha) bị phá hoại sau 4 tháng đưa vào khai thác sử dụng được xác định là do hiện tượng flutter (một dạng tự dao động kết hợp giữa uốn và xoắn). Người ta cũng ghi được những biên độ dao động lớn của cầu dây cáp treo, độ nghiêng của cầu xảy ra khi có gió và mưa đạt đến hai lần đường kính của cáp. Vì thế khi thiết kế kết cấu dây nói chung và kết cấu lưới dây nói riêng cần phải đánh giá tính chất động học của chúng. Hệ kết cấu đỡ mái treo là những kết cấu tháp trụ có thể bằng thép hoặc bê tông cốt thép kết hợp với móng bê tông cốt thép. Hình 1.6 Một số dạng trụ đỡ mái treo Kết cấu biên cứng thường làm bằng bê tông cốt thép hoặc thép có độ cứng lớn. Hình dạng của kết cấu biên nên có chu vi kín thường là đa giác hình tròn hoặc elip 7 Hình 1.7 Một số dạng kết cấu biên Kết cấu mái là hệ lưới dây chịu lực chính có thể là hệ dây nhiều lớp hoặc hệ lưới dây. - Sử dụng kết cấu dây nhiều lớp thường là 2 lớp có chiều cong khác nhau, một lớp chịu tải và một lớp giữ ổn định. Liên kết giữa hai lớp dây có thể là dây hoặc thanh được bố trí song song hoặc tam giác (hình 1.8). Hình 1.8 Một số dạng kết cấu dây hai lớp - Sử dụng lưới dây có độ cong hai chiều khác nhau dạng hypecbolic, hypa (hyperboloid-paraboloic), hệ dạng lều, hệ dạng lưới … Hình 1.9 Một số dạng kết cấu lưới dây [...]... cấu lưới dây mềm dùng trong các công trình dân dụng và công nghiệp 1.5.3 Phương pháp nghiên cứu của đề tài: Phương pháp nguyên lý Gauss là cơ sở để nghiên cứu xây dựng bài toán tĩnh và động của hệ lưới dây 22 CHƯƠNG II XÂY DỰNG, GIẢI BÀI TOÁN TĨNH VÀ TÌM TẦN SỐ DAO ĐỘNG RIÊNG CỦA HỆ LƯỚI DÂY 2.1 Xây dựng và giải bài toán lưới dây chịu tải trọng tĩnh và nhiệt độ 2.1.1 Xây dựng bài toán: Xét một hệ lưới. .. giá trị và dạng dao động riêng 1.5 Nội dung, đối tượng và phương pháp nghiên cứu của đề tài 1.5.1 Nội dung nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu áp dụng phương pháp nguyên lý Gauss để xây dựng nên lý thuyết cho các phương pháp tính toán về kết cấu lưới dây mềm Xây dựng và giải bài toán hệ lưới dây chịu tải trọng tĩnh và bài toán tìm tần số dao động riêng của hệ lưới dây 1.5.2 Đối tượng nghiên cứu của đề... dây đều dựa trên phương pháp tương tự dầm đối với dây đơn hoặc tương tự vỏ thoải đối với lưới dây Hầu hết các phương pháp hiện có đều xét dây cong thoải hoặc lưới dây thoải, nghĩa là tính gần đúng độ dãn dài của dây và dùng được khi tỷ lệ giữa độ võng lớn nhất f và chiều dài nhịp l là nhỏ Không giống như dao động của dây đàn, tần số dao động riêng của dây có độ võng phụ thuộc vào biên độ dao động riêng. .. với dây và 1/5 đối với vỏ), nghĩa là bỏ qua các thành phần phi tuyến của chuyển vị đứng f Các tác giả với một vài biến đổi đã tìm được lời giải của phương trình vi phân (1.10) dưới dạng Bessell với chỉ số là phân số cộng với một đại lượng khác Lời giải cho thấy tần số dao động riêng của dây phụ thuộc vào biên độ dao động 1.3 Nhận xét về lý thuyết tính toán hệ dây: Hiện nay các phương pháp tính toán kết... dạng của biên Các nhóm dây này được liên kết với nhau tại các điểm được gọi là điểm nút của lưới dây và được đánh số theo các số tự nhiên 1 đến n cộng với r điểm liên kết của dây với biên cứng Khoảng cách liên tiếp giữa hai điểm nút của một dây gọi là một đoạn dây, gọi số đoạn dây là m Gọi E là môdun đàn hồi của vật liệu làm dây, A là diện tích danh định tiết diện dây Hình 2.1 Mô hình hệ lưới dây của. .. bài toán với ẩn số là lực căng ta nhận thấy có quá nhiều điều kiện ràng buộc Ta có thể chuyển bài toán với ẩn số là lực căng trong các đoạn dây về ẩn số là tọa độ của các điểm nút lưới bằng cách thế công thức tính lực căng Tik và các chuyển vị ui , vi , wi vào (2.7) ta có: Lượng cưỡng bức của bài toán hệ lưới dây chịu tải trọng và nhiệt độ theo phương pháp nguyên lý Gauss với các ẩn số là tọa độ của. .. Giải hệ phương trình trên ta tìm được tọa độ của nút lưới trong sơ đồ biến dạng Các đại lượng khác được tính thông qua các tọa độ này 2.1.2 Giải bài toán: Thuật toán để tính hệ lưới dây chịu tải trọng tập trung và nhiệt độ: Bước 1: Xây dựng bài toán theo phương pháp nguyên lý Gauss ta được bài toán 1 hoặc bài toán 2 Bước 2 Từ điều kiện của phiếm hàm mở rộng (bài toán 1) hoặc phiếm hàm (bài toán. .. 1.2.3 Phương pháp tính động lực học hệ lưới dây Qua nghiên cứu về tính toán động lực học kết cấu dây các tác giả trước đây đã xây dựng các phương trình vi phân cân bằng động lực học chung cho các kết cấu trên cơ sở lý thuyết phi tuyến của cơ hệ môi trường liên tục và chỉ ra rằng: Các phương trình cân bằng động lực học của lưới dây có thể nhận được từ phương trình cân bằng động lực học của vỏ phi mômen bằng... nhận được hệ phương trình đạo hàm riêng Bước 3 Giải hệ phương trình ta tìm được lực căng trong dây (bài toán 1) hoặc tọa độ của nút lứơi trong sơ đồ biến dạng Bước 4 Tính các đại lượng có liên quan từ kết quả của hệ phương trình và đ ịnh dạng số liệu kết quả Hệ phương trình (2.10) v à (2.13) là hệ phương trình phi tuyến rất phức tạp việc giải quyết được vấn đề này được lập trình tính toán trong... 10.14 11.0 11.90 13 1.2 Một số phương pháp tính hệ lưới dây: 1.2.1 Tính dây chịu tải bản thân: Xét hệ dây đơn được giữ trên hai gối tựa ngang mức, giả thiết trọng lượng bản thân dây G phân bố đều trên trục ngằm ngang, không phải theo chiều dài dây (hình 1.17) Hình 1.17 Dây đơn chịu tải trọng bản thân Gọi V và H là phản lực đứng và nằm ngang tại gối tựa, y là độ võng của dây Dây chỉ chịu lực căng T nên . dây mềm. - Ứng dụng của phương pháp nguyên lý Gauss cho bài toán hệ lưới dây chịu tải trọng tĩnh và cách tìm tần số dao động riêng của hệ lưới dây theo phương pháp trên. * Đối tượng và phạm vi nghiên. kết cấu lưới dây mềm dùng trong các công trình dân dụng và công nghiệp. - Phạm vi nghiên cứu cho bài toán kết cấu tính toán tĩnh và tìm tần số dao động riêng của hệ lưới dây theo phương pháp nguyên. thuyết cơ bản về tính toán tải trọng động còn chưa có, nên đ ã hình thành đề tài " ;Tính toán tĩnh và tần số dao động riêng của hệ lưới dây theo phương pháp nguyên lý Gauss& quot;. 2 * Mục đích