Luận án TS: Xác định tải trọng gió lên kết cấu pano lớn tại Việt Nam - Nguyễn Lệ Thủy (2023)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NGUYỄN LỆ THỦY NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN KẾT CẤU PANO TẤM LỚN TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT HÀ NỘI - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NGUYỄN LỆ THỦY NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN KẾT CẤU PANO TẤM LỚN TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 9580201 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. VŨ THÀNH TRUNG HÀ NỘI - 2023 LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với tập thể người hướng dẫn khoa học PGS. TS Nguyễn Hồng Sơn, TS. Vũ Thành Trung đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị nhằm giúp cho nghiên cứu sinh hoàn thành luận án này, cũng như nâng cao năng lực khoa học, phương pháp nghiên cứu.

Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Khoa học công nghệ xây dựng, Viện Chuyên ngành kết cấu công trình xây dựng, Trung tâm Kết cấu thép và Xây dựng đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ nghiên cứu sinh hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài Viện Khoa học công nghệ xây dựng đã tận tình chia sẻ, trao đổi kiến thức, động viên và giúp đỡ nghiên cứu sinh trong quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với những người thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã thông cảm, động viên và chia sẻ những khó khăn với nghiên cứu sinh trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận án. Nghiên cứu sinh Nguyễn Lệ Thủy ii LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Lệ Thủy xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào. Các nguồn thông tin và số liệu sử dụng trong luận án được trích dẫn rõ ràng. Nghiên cứu sinh Nguyễn Lệ Thủy iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. ii LỜI CAM ĐOAN .iii MỤC LỤC.

iv DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. vii DANH MỤC BẢNG BIỂU. ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. xi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU.

xii MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài nghiên cứu. Mục đích nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu. Cấu trúc luận án.

Kết cấu bảng quảng cáo. Khái niệm chung và phân loại. Đặc điểm kết cấu chịu lực. Các hư hỏng và nguyên nhân gây hư hỏng.

Gió và tải trọng gió lên bảng quảng cáo. Khái quát về gió. Tiêu chuẩn tính toán tải trọng gió. Tải trọng gió lên kết cấu theo điều kiện Việt Nam.

Công cụ mô phỏng số và thí nghiệm bảng quảng cáo. Mô phỏng số bằng phần mềm. Thí nghiệm trong ống thổi khí động. Các nghiên cứu gần đây ở trong và ngoài nước về bảng quảng cáo.

Vấn đề nghiên cứu đạt được và hướng nghiên cứu tiếp theo. Kết luận chương 1. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ LÊN PANO TẤM LỚN THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN. Các vấn đề về thông số gió và hệ số chuyển đổi vận tốc gió.

Profile vận tốc gió. Chiều dài rối. Hệ số chuyển đổi vận tốc gió theo các chu kỳ lặp. Tính toán tải trọng gió lên pano bảng quảng cáo.

Hệ số khí động và lực gió theo một số tiêu chuẩn. Xây dựng quy trình tính toán. Lập bảng tính và ví dụ tính toán. Kết luận chương 2.

KHẢO SÁT THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG VÀ LỰC GIÓ BẰNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT. Cơ sở lý thuyết và quy trình mô phỏng số CFD. Quy trình mô phỏng số CFD. Cụ thể hóa mô phỏng số trong Ansys Fluent.

Lựa chọn thông số mô phỏng trong phần mềm Ansys Fluent. Lựa chọn kích thước vùng không gian mô phỏng. Lựa chọn mô hình dòng chảy rối. Lựa chọn mô tả hàm tường.

Lực gió tác động lên pano. Khảo sát tham số ảnh hưởng đến hệ số khí động và lực gió. Mẫu thử nghiệm số. Ảnh hưởng của tỉ lệ mẫu.

Ảnh hưởng của mô hình chảy rối. Ảnh hưởng của dạng địa hình. Ảnh hưởng của profile vận tốc gió. Ảnh hưởng của hướng gió.

Nhận xét kết quả tính. Kết luận chương 3. THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH BẢNG QUẢNG CÁO TRONG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG THEO ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM. Xây dựng quy trình thí nghiệm.

Thiết lập thí nghiệm mô hình. Thiết lập môi trường gió. Thiết lập mô hình thí nghiệm. Thí nghiệm và ghi kết quả.

Kết quả thí nghiệm và bàn luận. Kiểm chứng kết quả thí nghiệm. Ảnh hưởng của hướng gió đến các lực gió. Ảnh hưởng của độ cao đặt pano đến các lực gió.

Nhận xét kết quả. Đề xuất giá trị Cf,x và tỷ số ey/b áp dụng cho bảng quảng cáo. Kết luận chương 4. 117 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI VỀ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN.

118 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 119 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ. 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 131 vi DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Chương 1.

Các phương tiện quảng cáo ngoài trời [97]. Minh họa việc phân loại bảng quảng cáo [17]. Sự cố đổ cột bảng quảng cáo tại Tp. Hồ Chí Minh [17].

Minh họa các hư hỏng bảng quảng cáo thường gặp [17]. Mô hình thí nghiệm của Ziauddin S. Mô hình thí nghiệm của Li Z., và cộng sự (2018) [60]. Mô hình thí nghiệm của Wang D., và cộng sự (2016) [88].

Mô hình thí nghiệm của Delong Zuo và cộng sự (2014) [42]. Mô hình thí nghiệm của Meyer và cộng sự (2017) [64]. Mô hình thí nghiệm của Warnitchai, P. Phân bố hệ số lực trên bề mặt pano [86].

Ứng suất và chuyển vị ngang lớn nhất [27]. Ký hiệu kích thước và vị trí lực tác động [13]. Lực tập trung quy đổi tác động lên pano [23]. Cấu tạo kết cấu bảng quảng cáo.

Kích thước hình học và vị trí lực gió tác động. Kết quả hệ số giật Gf (hệ số kết cấu cscd). Kết quả lực chân cột và hệ số giật. Quy trình cơ bản cho người sử dụng mô phỏng CFD.

Tóm lược về quy trình kiểm tra và kiểm nghiệm CFD. Mẫu pano bảng quảng cáo và chia lưới trong Ansys Fluent. Vùng không gian mô phỏng trong Ansys Fluent. Giá trị hệ số khí động theo kích thước không gian mô phỏng.

Phân bố vận tốc chảy tầng và chảy rối trong Ansys Fluent. Giá trị hệ số khí động theo các mô hình dòng chảy rối. Giá trị vận tốc theo khoảng cách đến lớp biên. Giá trị hệ số khí động theo các mô tả hàm tường.

Phân bố áp suất mặt sau pano khi chảy tầng và chảy rối. Phân bố áp suất mặt trước pano khi chảy tầng và chảy rối. Kích thước hình học của mẫu và hướng gió. Hệ số khí động Cp,x ứng với các mẫu (TL 1:10).

Hệ số khí động Cp,x ứng với các mẫu (TL 1:30). Lực gió Fx của 03 mẫu (TL 1:10). Lực gió Fx của 03 mẫu (TL 1:10). Hệ số khí động Cp,x của pano.

Lực gió Fx của 03 mẫu (TL 1:10). Lực gió Fx của 03 mẫu (186) m (TL 1:10). Hệ số khí động Cp,x ứng với các hướng gió khi b/c = 2,8. Độ lệch tâm tương đối ey/b ứng với các hướng gió khi b/c = 2,8.

Lực gió Fx ứng với các hướng gió khi b/c = 2,8. Phân bố theo chiều cao của vận tốc gió và độ rối. Mô hình hầm gió và các dụng cụ hỗ trợ. Thanh chắn, hàng rào và cục tạo nhám.

Ký hiệu kích thước, quy ước chiều lực và góc hướng gió. Thiết bị JR3 và ký hiệu chiều cho 6 thành phần lực. Sơ đồ ống thổi khí động của Viện KHCN Xây dựng. Hình ảnh mẫu sau chế tạo.

Hình ảnh mẫu thí nghiệm M1 đến M6 trong ống thổi khí động. Kết quả thí nghiệm các mẫu M1 đến M6. Kết quả thí nghiệm lực và hệ số lực cho mẫu M1. Kết quả thí nghiệm lực và hệ số lực cho mẫu M2.

Kết quả thí nghiệm lực và hệ số lực cho mẫu M3. Kết quả thí nghiệm lực và hệ số lực cho mẫu M4. Kết quả thí nghiệm lực và hệ số lực cho mẫu M5. Kết quả thí nghiệm lực và hệ số lực cho mẫu M6.

Minh họa kết quả Fx theo TN, VN95 và VN23. Minh họa giá trị Cf,x và ey/b .116 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Chương 1. Thông số chính của thiết bị JR3. Kết quả hệ số lực ứng với các dạng pano [41].

Hệ số khí động đối với pano bảng quảng cáo [53]. Hệ số khí động trung bình Cf [58]. Kích thước mẫu và tỷ số hình học [64]. Kết quả hệ số lực Cf [64].

Hệ số xoắn CM,z và tỷ số độ lệch tâm r/b [64]. Hệ số khí động Cp [86]. Hệ số khí động theo AS/NZS 1170. Các hệ số zg , zmin và  [13].

Giá trị các hệ số cho các dạng địa hình [13]. So sánh kết quả tính toán. Thông số bảng quảng cáo. Kết quả tính theo các tiêu chuẩn (Phương án 1).

Kết quả tính theo các tiêu chuẩn (Phương án 2). Lực tại chân cột và hệ số giật. Kết quả hệ số khí động theo TCVN 2737:1995 và TCVN 2737:2023. Kết quả hệ số lực theo EN 1991-1-4 và ASCE/SEI 7-16.

Phổ giá trị đánh giá chỉ số Orthogonal Quality và Skewness. Chỉ số Skewness và Orthogonal Quality trong quá trình mô phỏng. Một số thông số chính của mô hình và kết quả tính. Các kích thước không gian mô phỏng (TL 1:10).

Giá trị hệ số khí động theo các mô hình dòng chảy rối. Hệ số khí động theo các mô tả hàm tường. Kết quả lực, mô men xoắn và độ lệch tâm. Kích thước mẫu bảng quảng cáo (m).

Hệ số khí động Cp,x của 06 mẫu (TL 1:10 và 1:30). Hệ số khí động Cp,x ứng với các mô hình dòng rối và tỉ lệ mẫu. Lực gió Fx của 03 mẫu (TL 1:10) .