Áp dụng phương pháp phân tích động phi tuyến theo lịch sử thời gian mới vào phần mềm Opensees

Bài báo này giới thiệu việc ứng dụng một phương pháp phân tích động phi tuyến theo lịch sử thời gian mới vào phần mềm OpenSees để giải các bài toán động phi tuyến trong xây dựng. Ưu điểm nổi bật của phương pháp phân tích này là có thể tiết kiệm được lên đến 95% thời gian tính toán so với phương pháp truyền thống. Việc ứng dụng này cho phép áp dụng phương pháp phân tích mới với các mô-đun tính toán có sẵn trong OpenSees.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Áp dụng phương pháp phân tích động phi tuyến theo lịch sử thời gian mới vào phần mềm Opensees KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘNG PHI TUYẾN THEO LỊCH SỬ THỜI GIAN MỚI VÀO PHẦN MỀM OPENSEES TS. TRẦN NGỌC CƯỜNG Công ty TNHH Tham&Wong Việt Nam Tóm tắt: Bài báo này giới thiệu việc ứng dụng khích áp dụng trong nhiều tiêu chuẩn của các nước một phương pháp phân tích động phi tuyến theo lịch trên thế giới như Mỹ [2], Canada [3], Châu Âu [4]. sử thời gian mới vào phần mềm OpenSees để giải Tiêu chuẩn thiết kế chống động đất hiện hành của các bài toán động phi tuyến trong xây dựng. Ưu Việt Nam [5] cũng khuyến khích áp dụng phương điểm nổi bật của phương pháp phân tích này là có pháp này bên cạnh phương pháp khá quen thuộc thể tiết kiệm được lên đến 95% thời gian tính toán với các kỹ sư thiết kế ở Việt Nam là phương pháp so với phương pháp truyền thống. Việc ứng dụng phổ phản ứng đàn hồi. Lưu ý rằng phương pháp này cho phép áp dụng phương pháp phân tích mới phổ phản ứng đàn hồi không cho phép phân tích phi với các mô-đun tính toán có sẵn trong OpenSees. tuyến sự làm việc của kết cấu mà sự làm việc phi tuyến chỉ được mô phỏng một cách tương đối qua Từ khóa: động phi tuyến, integration method, hệ số ứng xử q. OpenSees. Tuy nhiên, phương pháp phân tích động phi Abstract:This paper introduces the application of tuyến này có một nhược điểm rất lớn, đó là nó a novel direct integration method into the OpenSees thường tốn rất nhiều công sức và thời gian tính framework to solve the problems of dynamic toán. Phương pháp động phi tuyến đôi khi yêu cầu structures. The main advantage of the novel method thời gian và công sức tính toán gấp hơn 10 lần so is that it can save up to 95% the computational effort với sử dụng phương pháp phổ phản ứng đàn hồi, in compare to the use of a traditional integration tùy thuộc vào độ phức tạp của kết cấu được phân method such as average acceleration method while tích, tính phi tuyến vật liệu sử dụng cho kết cấu và the accuracy of the results is almost the same. The tổng thời gian phân tích (duration time). Nhược application of the method allows solving complicated điểm này là do trong số các phương pháp phân tích nonlinear problems using the available modules in động phi tuyến được dùng phổ biến hiện nay như OpenSees sofware. phương pháp Newmark [6], Wilson-θ[7], HHT [8], 1. Phương pháp phân tích động phi tuyến theo WBZ [9], Generalized – α[10], chúng đều là các lịch sử thời gian phương pháp nội ẩn thức (implicit). Khi phân tích Phân tích động lực học phi tuyến theo lịch sử động phi tuyến trong mỗi bước các phương pháp thời gian (gọi tắt là động phi tuyến) có các tên gọi này đều có yêu cầu dùng thuật toán tính lặp khác nhau bằng tiếng Anh như direct integration Newton-Raphson để tìm ra kết quả [11]. Sử dụng method, transient algorithms, time-history analysis, thuật toán tính lặp Newton-Raphson thường tốn khá hoặc step-by-step method[1]. Phương pháp này nhiều thời gian và công sức tính toán do phải thử được đánh giá là một trong những công cụ mạnh nhiều lần cho đến khi tìm ra được kết quả với sai số nhất để phân tích sự làm việc của kết cấu công trình nhỏ hơn sai số cho phép định sẵn theo yêu cầu về dưới các tác động động học như va chạm, nổ, sóng, độ chính xác của kết quả. Số vòng lặp phụ thuộc đặc biệt là tác động động đất. Khi áp dụng phương vào độ phức tạp của kết cấu và tính phi tuyến của pháp phân tích động phi tuyến này, các thông số vật liệu, thường rơi vào khoảng từ 10 đến 25 vòng dao động của công trình như chuyển vị, vận tốc, gia cho một bước. Có một trường hợp tính của phương tốc được tính toán theo từng bước thời gian nhỏ. pháp Newmark thuộc họ phương pháp ngoại hiển Phương pháp này cho phép phân tích với độ chính thức (explicit) tương ứng với giá trị β = 0 và γ = 0.5, xác cao sự làm việc của kết cấu công trình, cả phân trường hợp tính này không cần sử dụng thuật toán tích tuyến tính đàn hồi và phân tích phi tuyến hình Newton-Raphson, tuy nhiên nó lại có điều kiện ổn học hoặc phi tuyến vật liệu, do đó nó được khuyến định. Khi tính toán với hệ kết cấu với các dạng dao Tạp chí KHCN Xây dựng – số 1/2017 17 KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG động bậc cao (high-mode) có tần số dao động lớn pháp tính mới này vào vào các phần mềm phân tích (high-frequency), giá trị bước thời gian của phương kết cấu được dùng phổ biến hiện nay như SAP, pháp ngoại hiển thức này thường rất nhỏ do bị ETABS, MIDAS, ANSYS là không khả thi vì các khống chế bởi điều kiện ổn định, do đó tuy công sức phần mềm này là các phần mềm có mã nguồn đóng tính toán trong một bước là nhỏ nhưng số bước tính (closed-source). Việc viết một phần mềm mới để toán lại rất lớn nên công sức tính toán chung vẫn giải một bài toán kết cấu qua tất cả các bước như không được giảm đi. ...