Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng
Kết cấu Tensegrity ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các công trình dân dụng vì độ tin cậy cao, sử dụng vật liệu hiệu quả, vượt nhịp lớn và có khả năng đóng mở. Đây là loại kết cấu bao gồm các thanh chịu nén không liên tục nằm trong các dây cáp chịu kéo liên tục.
![Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 1 Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 1](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7637/phan-tich-va-thuc-nghiem-xac-dinh-hinh-dang-thap-tensegrity-trang-1_RJUoV2Hm0s.jpg)
Trang 1
![Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 2 Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 2](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7637/phan-tich-va-thuc-nghiem-xac-dinh-hinh-dang-thap-tensegrity-trang-2_ISoSWDFGEt.jpg)
Trang 2
![Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 3 Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 3](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7637/phan-tich-va-thuc-nghiem-xac-dinh-hinh-dang-thap-tensegrity-trang-3_P9HwnZj9MV.jpg)
Trang 3
![Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 4 Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 4](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7637/phan-tich-va-thuc-nghiem-xac-dinh-hinh-dang-thap-tensegrity-trang-4_GzGDqOW2AG.jpg)
Trang 4
![Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 5 Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 5](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7637/phan-tich-va-thuc-nghiem-xac-dinh-hinh-dang-thap-tensegrity-trang-5_b1kRnhJpmK.jpg)
Trang 5
![Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 6 Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 6](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7637/phan-tich-va-thuc-nghiem-xac-dinh-hinh-dang-thap-tensegrity-trang-6_HH99k0b8TW.jpg)
Trang 6
![Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 7 Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 7](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7637/phan-tich-va-thuc-nghiem-xac-dinh-hinh-dang-thap-tensegrity-trang-7_eBmW1aIQNS.jpg)
Trang 7
![Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 8 Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 8](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7637/phan-tich-va-thuc-nghiem-xac-dinh-hinh-dang-thap-tensegrity-trang-8_pitPu7LRrv.jpg)
Trang 8
![Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 9 Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 9](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7637/phan-tich-va-thuc-nghiem-xac-dinh-hinh-dang-thap-tensegrity-trang-9_wI5q0vSj5f.jpg)
Trang 9
![Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 10 Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng trang 10](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7637/phan-tich-va-thuc-nghiem-xac-dinh-hinh-dang-thap-tensegrity-trang-10_pFuulSss7E.jpg)
Trang 10
Bạn đang xem tài liệu "Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng
![Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng Phân tích và thực nghiệm xác định hình dạng tháp tensegrity ba tầng](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/thumb/2024/02/14/phan-tich-va-thuc-nghiem-xac-dinh-hinh-dang-thap-tensegrity_d2q5CvVjdU.jpg)
Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2020. 14 (3V): 118–127 PHÂN TÍCH VÀ THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÌNH DẠNG THÁP TENSEGRITY BA TẦNG Bùi Quang Hiếua,∗, Võ Doãn Quâna, Hoàng Quốc Khanha, Dương Minh Luậna, Trần Phước Lâma, Nguyễn Hữu Đạta aKhoa Xây dựng dân dụng và công nghiệp, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, số 54 đường Nguyễn Lương Bằng, quận Liên Chiểu, Đà Nẵng, Việt Nam Nhận ngày 30/03/2020, Sửa xong 10/06/2020, Chấp nhận đăng 17/06/2020 Tóm tắt Kết cấu Tensegrity ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các công trình dân dụng vì độ tin cậy cao, sử dụng vật liệu hiệu quả, vượt nhịp lớn và có khả năng đóng mở. Đây là loại kết cấu bao gồm các thanh chịu nén không liên tục nằm trong các dây cáp chịu kéo liên tục. Phân tích hình dạng cho kết cấu này là cần thiết trong giai đoạn thiết kế ban đầu để tìm ra hình dạng mà tại đó ứng suất trước trong các cấu kiện là tự cân bằng với nhau. Bài báo này áp dụng phương pháp mật độ lực tương thích trong việc xác định hình dạng của tháp Tensegity ba tầng. Quy trình thực nghiệm bằng thanh gỗ và dây cáp thép để minh chứng cho kết quả phân tích cũng được giới thiệu trong bài báo này. Từ khoá: kết cấu Tensegrity; phân tích hình dạng; phương pháp mật độ lực tương thích; tháp Tensegrity ba tầng. ANALYSIS AND EXPERIMENT FOR FORM-FINDING OF THREE-LAYER TENSEGRITY TOWER Abstract Tensegrity structures are widely used in civil buildings because of their reliability, saving materials, fabrication of large-scale structures, and deployability. These structures include a set of discontinuous compressive com- ponents interacting with a set of continuous tensile components. Form-finding analysis is necessary for these structures in the preliminary design stage to find the shapes that the prestresses in all components are in the self-equibilium state. This paper applies the adaptive force density method to find the shape of a three-layer tensegrity tower. The experiment set-up with timber bars and steel cables to illustrate the results of form-finding analysis is also introduced. Keywords: Tensegrity structures; form-finding; adaptive force density method; three-layer Tensegrity tower. https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(3V)-11 © 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) 1. Giới thiệu Thuật ngữ Tensegrity được giới thiệu đầu tiên bởi Fuller từ năm 1962 [1]. Fuller mô tả kết cấu Tensegrity gồm một tập hợp các thanh chịu nén không liên tục trong một hệ các thanh chịu kéo liên tục. Hiện nay, có rất nhiều định nghĩa cho hệ kết cấu Tensegrity [2–4], nhưng theo Zhang [5] một hệ kết cấu được gọi là Tensegrity phải có các đặc tính sau: (1) kết cấu này tự đứng được mà không cần liên kết nối đất; (2) các cấu kiện là các thanh thẳng; (3) chỉ có hai loại cấu kiện trong hệ kết cấu này: thanh chịu nén và thanh cáp chịu kéo; (4) thanh chịu nén là gián đoạn, không liên kết trực tiếp với các thanh chịu nén khác tại mỗi đầu. Với các đặc tính này thì kết cấu Tensegrity được ứng dụng rộng rãi trong kiến trúc và xây dựng. Hình 1 giới thiệu hai công trình nổi tiếng ứng dụng kết cấu Tensegrity. ∗Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: bqhieu@dut.udn.vn (Hiếu, B. Q.) 118 Hiếu, B. Q., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2020 1 Keywords: Tensegrity structures, form-finding, adaptive force density method, three- layer Tensegrity tower. 1. Giới thiệu Thuật ngữ Tensegrity được giới thiệu đầu tiên bởi R. B. Fuller từ năm 1962 [1]. Fuller mô tả kết cấu Tensegrity gồm một tập hợp các thanh chịu nén không liên tục trong một hệ các thanh chịu kéo liên tục. Hiện nay, có rất nhiều định nghĩa cho hệ kết cấu Tensegrity [2-4], nhưng theo Zhang [5] một hệ kết cấu được gọi là Tensegrity phải có các đặc tính sau: (1) kết cấu này tự đứng được mà không cần liên kết nối đất; (2) các cấu kiện là các thanh thẳng; (3) chỉ có hai loại cấu kiện trong hệ kết cấu này: thanh chịu nén và thanh cáp chịu kéo; (4) thanh chịu nén là gián đoạn, không liên kết trực tiếp với các thanh chịu nén khác tại mỗi đầu. Với các đặc tính này thì kết cấu Tensegrity được ứng dụng rộng rãi trong kiến trúc và xây dựng. Hình 1 giới thiệu hai công trình nổi tiếng ứng dụng kết cấu Tensegrity. a. Cầu Kurilpa, Australia b. White Rhino, Nhật Bản Hình 1. Một số công trình sử dụng kết cấu Tensegrity Phân tích xác định hình dạng cho kết cấu Tensegrity là giai đoạn thiết kế ban đầu thiết yếu cho kết cấu này. Giai đoạn này sẽ xác định hình dạng mà tại đó thỏa mãn các yêu cầu của người kiến trúc và thỏa mãn các đặc tính về vật liệu của cấu kiện, đồng thời hình dạng này phải đảm bảo điều kiện ổn định. Hệ kết cấu này chỉ ổn định khi các cấu kiện được ứng suất trước, nên nói một cách khác thì phân tích hình dạng sẽ tìm được hình dạng mà tại đó yêu cầu về hình học và ứng suất trước là cân bằng trong một thể thống nhất. Hiện nay các phương pháp số trong phân tích hình dạng cho kết cấu (a) Cầu il , tralia Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2020 1 Keywords: Tensegrity structures, form-finding, adaptive force density method, three- layer Tensegrity tower. 1. Giới thiệu Thuật ngữ Tensegrity được giới thiệu đầu tiên bởi R. B. Fuller từ năm 1962 [1]. Fuller mô tả kết cấu Tensegrity gồm một tập hợp các thanh chịu nén không liên tục trong một hệ các thanh chịu kéo liên tục. Hiện nay, có rất nhiều định nghĩa cho hệ kết cấu Tensegrity [2-4], nhưng theo Zhang [5] một hệ kết cấu được gọi là Tensegrity phải có các đặc tính sau: (1) kết cấu này tự đứng được mà không cần liên kết nối đất; (2) các cấu kiện là các thanh thẳng; (3) chỉ có hai loại cấu kiện trong hệ kết cấu này: thanh chịu nén và thanh cáp chịu kéo; (4) thanh chịu nén là gián đoạn, không liên kết trực tiếp với các thanh chịu nén khác tại mỗi đầu. Với các đặc tính này thì kết cấu Tensegrity được ứng dụng rộng rãi trong kiến trúc và xây dựng. Hình 1 giới thiệu hai công trình nổi tiếng ứng dụng kết cấu Tensegrity. a. Kurilpa, Australia b. White Rh ... -15 15-19 19-16 16-20 20-13 q1d 5-4 6-1 7-2 8-3 q2d 13-12 14-9 15-10 16-11 q3d 21-20 22-17 23-18 24-19 q1c 1-9 2-10 3-11 4-12 q2ac 5-13 6-14 7-15 8-16 q2bc 9-17 10-18 11-19 12-20 q3c 13-21 14-22 15-23 16-24 Mật độ lực ban đầu (quy trình ở Hình 3) được chọn lần lượt là −1,0 cho các thanh chịu nén và +1,0 cho các thanh chịu kéo. Sau 354 vòng lặp thì mật độ lực tối ưu cho ví dụ tính toán này được thể hiện ở Bảng 2. Bảng 2. Mật độ lực sau khi tối ưu Thanh chịu nén Cáp ngang Cáp xiên Cáp đứng Cáp chéo q1s = q 3 s q 2 s q 1 n = q 3 n q 2 x = q 3 x q 1 d = q 3 d q 2 d q 1 c = q 3 c q 2a c = q 2b c −1,1691 −1,1168 1,2964 1,5050 0,6760 0,5982 0,6575 0,3458 Kết quả ở Bảng 2 cho thấy mật độ lực trong đơn nguyên 1 và 3 là hoàn toàn giống nhau. Với các điều kiện ràng buộc về mặt hình học trong ví dụ tính toán này thì vai trò của đơn nguyên 1 và đơn nguyên 3 là như nhau trong hệ tháp Tensegrity ba tầng này. Vì vậy, kết quả trong bài báo này hợp lý hơn so với kết quả trong nghiên cứu của Zhang [5] mà trong đó mật độ lực của các thanh chịu nén trong đơn nguyên 1 và 2 là giống nhau và khác so với đơn nguyên 3. Hình 5 thể hiện kết quả hình dạng của tháp Tensegrity với mật độ lực tối ưu ở Bảng 2 trong các trường hợp: (TH1) Tọa độ nút 1 là (0; 0), nút 3 là (0,1; 0,1); và (TH2) tọa độ nút 1 là (0; 0) và nút 3 là (0,25; 0,25). Như đã thảo luận ở mục 2.5, chỉ cần xác định tọa độ của 2 nút, tọa độ các nút còn lại sẽ được tự động xác định theo phương pháp mật độ lực tương thích đã được trình bày ở bài báo này. Kết quả của TH2 ở Hình 5(c), 5(d) sẽ được lựa chọn để thực nghiệm kiểm định ở phần 3. 124 Hiếu, B. Q., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2020 10 Hình 5. Kết quả phân tích hình dạng của tháp Tensegrity Sử dụng hệ khung thép bên ngoài để tiến hành cố định toạ độ các thanh chịu nén theo đúng kết quả ở Hình 5(c, d). Dây dọi và mặt phẳng tọa độ được sử dụng để xác định tọa độ của các nút trong hệ tháp này như ở Hình 6. Tiếp theo các dây cáp có đường kính 1 mm có gắn tăng-đơ để liên kết các thanh chịu nén lại, chiều dài của các dây cáp này được quản lý theo đúng chiều dài đã tối ưu ở Hình 5(c, d). Các dây cáp được căng bằng tăng-đơ và thước kẹp theo đúng tỷ lệ mật độ lực tối ưu ở Bảng 2 và theo công thức (12). (12) trong đó, là sự điều chỉnh tăng-đơ của các dây cáp ngang được lấy làm chuẩn; là sự điều chỉnh tăng-đơ cho các dây cáp thứ i còn lại ứng với mật độ lực ; và là chiều dài của các dây cáp ngang và dây cáp thứ i theo kết quả ở Hình 5(c, d). Trong thí nghiệm này, các dây cáp ngang được căng bằng cách điều chỉnh tăng- đơ một đoạn là 2 mm tương ứng với biến dạng là 0.8%. Bảng 3 thể hiện sự điều chỉnh tăng-đơ cho các dây cáp còn lại trong hệ dựa trên mật độ lực tối ưu trong Bảng 2 và công thức (12). Lưu ý rằng, các dây cáp được thể hiện bằng nét đậm trên Hình 2. Trong đó, cáp xiên được chia thành hai loại là dây dài và dây ngắn như ở trên Hình 2(e). 2 2 i i n n n i q l l q l l D = D nlD ilD iq nl il (a) Mặt đứng, TH1 Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2020 10 Hình 5. Kết quả phân tích hình dạng của tháp Tensegrity Sử dụng hệ khung thép bên ngoài để tiến hành cố định toạ độ các thanh chịu nén theo đúng kết quả ở Hình 5(c, d). Dây dọi và mặt phẳng tọa độ được sử dụng để xác định tọa độ của các nút trong hệ tháp này như ở Hình 6. Tiếp theo các dây cáp có đường kính 1 mm có gắn tăng-đơ để liên kết các thanh chịu nén lại, chiều dài của các dây cáp này được quản lý theo đúng chiều dài đã tối ưu ở Hình 5(c, d). Các dây cáp được căng bằng tăng-đơ và thước kẹp theo đúng tỷ lệ mật độ lực tối ưu ở Bảng 2 và theo công thức (12). (12) trong đó, là sự điều chỉnh tăng-đơ của các dây cáp ngang được lấy làm chuẩn; là sự điều chỉnh tăng-đơ cho các dây cáp thứ i còn lại ứng với mật độ lực ; và là chiều dài của các dây cáp ngang và dây cáp thứ i theo kết quả ở Hình 5(c, d). Trong thí nghiệm ày, các dây cáp ngang được căng bằng cách điều chỉnh tăng- đơ một đoạn là 2 mm tương ứng với biến dạng là 0.8%. Bảng 3 thể hiện sự điều chỉnh tăng-đơ cho các dây cáp còn lại trong hệ dựa trên mật độ lực tối ưu trong Bảng 2 và công thức (12). Lưu ý rằng, các dây cáp được thể hiện bằng nét đậm trên Hình 2. Trong đó, cáp xiên được chia thành hai loại là dây dài và dây ngắn như ở trên Hình 2(e). 2 2 i i n n n i q l l q l l D = D nlD ilD iq nl il (b) Hình không gian, TH1 Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2020 10 Hình 5. Kết quả phân tích hình dạng của tháp Tensegrity Sử dụng hệ khung thép bên ngoài để tiến hành cố định toạ độ các thanh chịu nén theo đúng kết quả ở Hình 5(c, d). Dây dọi và mặt phẳng tọa độ được sử dụ ể xác định tọa độ của các nút trong hệ tháp này như ở Hình 6. Tiếp theo các dây cáp có đường kính 1 mm có gắn tăng-đơ để liên kết các thanh chịu nén lại, chiều dài của các dây cáp này được quản lý theo đúng chiều dài đã tối ưu ở Hình 5(c, d). Các dây cáp được căng bằng tăng-đơ và thước kẹp theo đúng tỷ lệ mật độ lực tối ưu ở Bảng 2 và theo công thức (12). (12) trong đó, là sự điều chỉnh tăng-đơ của các dây cáp ngang được lấy làm chuẩn; là sự điều chỉnh tăng-đơ cho các dây cáp thứ i còn lại ứng với mật độ lực ; và là chiều dài của các dây cáp ngang và dây cáp thứ i theo kết quả ở Hình 5(c, d). Trong thí nghiệm này, các dây cáp ngang được căng bằng cách điều chỉnh tăng- đơ một đoạn là 2 mm tương ứng với biến dạng là 0.8%. Bảng 3 thể hiện sự điều chỉnh tăng-đơ cho các dây cáp còn lại trong hệ dựa trên mật độ lực tối ưu trong Bảng 2 và công thức (12). Lưu ý rằng, các dây cáp được thể hiện bằng nét đậm trên Hình 2. Trong đó, cáp xiên được chia thành hai loại là dây dài và dây ngắn như ở trên Hình 2(e). 2 2 i i n n n i q l l q l l D = D nlD ilD iq nl il (c) Mặt đứng, TH2 Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2020 10 Hình 5. Kết quả phân tích hình dạng của tháp Tensegrity Sử dụng hệ khung thép bên ngoài để tiến hành cố định toạ độ các thanh chịu nén theo đúng kết quả ở Hình 5(c, d). Dây dọi và mặt phẳng tọa độ được sử dụng để xác định tọa độ của các nút trong hệ tháp này như ở Hình 6. Tiếp theo các dây cáp có đường kính 1 mm có gắn tăng-đơ để liên kết các thanh chịu nén lại, chiều dài của các dây cáp này được quản lý theo đúng chiều dài đã tối ưu ở Hình 5(c, d). Các dây cáp được căng bằng tăng-đơ và thước kẹp theo đúng tỷ lệ mật độ lực tối ưu ở Bảng 2 và theo công thức (12). (12) trong đó, là sự điều chỉnh tăng-đơ của các dây cáp ngang được lấy làm chuẩn; là sự điều chỉnh tăng-đơ cho cá dây áp thứ i còn lại ứng với mật độ lực ; và là chiều dài của các dây cáp ngang và dây cáp thứ i theo kết quả ở Hình 5(c, d). Trong thí nghiệm này, các dây cáp nga g được căng bằng cách điều chỉnh tăng- đơ một đoạn là 2 mm tương ứng với biến dạng là 0.8%. Bảng 3 thể hiện sự điều chỉnh tăng-đơ cho các dây cáp còn lại trong hệ dựa trên mật độ lực tối ưu trong Bả g và công thứ (12). Lưu ý rằng, các dây cáp được thể hiện bằng ét đậm trên Hình 2. Trong đó, cáp xiên được chia thành hai loại là dây dài và dây ngắn như ở trên Hình 2(e). 2 2 i i n n n i q l l q l l D = D nlD ilD iq nl il (d) Hình không gian, TH2 Hình 5. Kết quả phân tích hình dạng của tháp Tensegrity 3. Quy trình thực nghiệm cho tháp Tensegrity ba ầng Trong thí nghiệm này, các thanh chịu nén sử dụng gỗ xoan đào có đường kính là 20 mm. Đây là loại gỗ thuộc nhóm IV và tính chất cơ lý của gỗ này được lấy gần đúng theo [14]. Dây cáp thép sử dụng loại cáp nhiều sợi, và đường kính danh nghĩa của dây cáp là 1 mm. Hệ số đàn hồi của dây cáp được lấy gần đúng là E = 105 N/mm2 [15, 16]. Sử dụng hệ khung thép bên ngoài để tiến hành cố định toạ độ các thanh chịu nén theo đúng kết quả ở Hình 5(c) và 5(d). Dây dọi và mặt phẳng tọa độ được sử dụng để xác địn tọa độ của các nút trong hệ tháp này như ở Hình 6. Tiếp theo các dây cáp có đường kí 1 mm ó gắn tăng-đơ để l ên kết các thanh chịu nén lại, chiều dài của các dây cáp này được quản lý theo đúng chiều dài đã tối ưu ở Hình 5(c) và 5(d). Các dây cáp được căng bằng tăng-đơ và thước kẹp theo đúng tỷ lệ mật độ lực tối ưu ở Bảng 2 và theo công thức (12). qi qn = ∆li ∆ln ln2 li2 (12) trong đó ∆ln là sự điều chỉnh tăng-đơ của các dây cáp ngang được lấy làm chuẩn; ∆li là sự điều chỉnh tăng-đơ cho các dây cáp thứ i còn lại ứng với mật độ lực qi; lnvà li là chiều dài của các dây cáp ngang và dây cáp thứ i t eo kết quả ở Hình 5( ) và 5(d). Trong thí nghiệm này, các dây cáp ngang được căng bằng cách điều chỉnh tăng-đơ một đoạn là 2 mm tương ứng với biến dạng là 0,8%. Bảng 3 thể hiện sự điều chỉnh tăng-đơ cho các dây cáp còn 125 Hiếu, B. Q., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2020 11 Hình 6. Thực nghiệm xác định hình dạng tháp Tensegrity Bảng 3. Sự điều chỉnh tăng-đơ để tạo lực căng cáp trong thí nghiệm Cáp ngang (mm) Cáp xiên (mm) Cáp đứng (mm) Cáp chéo (mm) Dây dài Dây ngắn ĐN 1&3 ĐN 2 ĐN 1&3 ĐN 2 2,0 4,4 1,3 3,4 2,9 2,8 1,7 Sau khi căng cáp, tiến hành tháo khung thép ngoài và hình dạng của tháp Tensegrity thu được ở Hình 7. Hình 7. Kết quả thực nghiệm hình dạng tháp Tensegrity Hình 6. Thực nghiệm xác định hình dạng tháp Tensegrity lại trong hệ dựa trên mật độ lực tối ưu trong Bảng 2 và công thức (12). Lưu ý rằng, các dây cáp được thể hiện bằng nét đậm trên Hình 2. Trong đó, cáp xiên được chia thành hai loại là dây dài và dây ngắn như ở trên Hình 2(e). Bảng 3. Sự điều chỉnh tăng-đơ để tạo lực căng cáp trong thí nghiệm Cáp ngang (mm) Cáp xiên (mm) Cáp đứng (mm) Cáp chéo (mm) Dây dài Dây ngắn ĐN 1&3 ĐN 2 ĐN 1&3 ĐN 2 2,0 4,4 1,3 3,4 2,9 2,8 1,7 Sau khi căng cáp, tiến hành tháo khung thép ngoài và hình dạng của tháp Tensegrity thu được ở Hình 7. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2020 11 Hình 6. Thực nghiệm xác định hình dạng tháp Tensegrity Bảng 3. Sự điều chỉnh tăng-đơ để tạo lực căng cáp trong thí nghiệm Cáp ngang (mm) Cáp xiên (mm) Cáp đứng (mm) Cáp chéo (mm) Dây dài Dây ngắn ĐN 1&3 ĐN 2 ĐN 1&3 ĐN 2 2,0 4,4 1,3 3,4 2,9 2,8 1,7 Sau khi căng cáp, tiến hành tháo khung thép ngoài và hình dạng của tháp Tensegrity thu được ở Hình 7. Hình 7. Kết quả thực nghiệm hình dạng tháp TensegrityHình 7. Kết quả thực nghiệm hình dạng tháp Tensegrity 126 Hiếu, B. Q., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 4. Kết luận Bài báo đã trình bày phương pháp mật độ lực tương thích trong việc xác định hình dạng của kết cấu tháp Tensegrity ba tầng. Các điều kiện ràng buộc về mật độ lực và hình học được kết hợp trong quá trình xác định mật độ lực tối ưu cho các cấu kiện trong hệ. Kết quả phân tích cho thấy mật độ lực tối ưu của các cấu kiện trong đơn nguyên một và ba là đối xứng nhau. Hình dạng của tháp Tensegrity ba tầng được xác định một cách tự động dựa trên kết quả mật độ lực tối ưu có được từ phân tích. Một trong các hình dạng này được chọn để thực hiện thí nghiệm. Quy trình thực nghiệm tháp Tensegrity ba tầng với các thanh gỗ có đường kính hai mươi milimét và dây cáp có đường kính một milimét cũng đã được đề xuất. Kết quả thực nghiệm đã kiểm chứng được kết quả phân tích cho trường hợp tháp Tensegrity ba tầng. Tuy nhiên, bài báo chưa kiểm chứng được lực nén trong các thanh gỗ trong quá trình thí nghiệm. Vì vậy, việc sử dụng vật liệu khác kết hợp với các thiết bị đo điện tử để xác định mật độ lực trong các thanh chịu nén được khuyến khích thực hiện trong các nghiên cứu tiếp theo. Tài liệu tham khảo [1] Fuller, R. B. (1962). Tensile-integrity structures. United States Patent 3,063,521, 1962. Filed 31 August 1959, Granted 13 November 1962. [2] Pugh, A. (1976). An introduction to tensegrity. University of California Press, Berkeley, CA, USA. [3] Hanaor, A. (1994). Geometrically rigid double-layer tensegrity grids. International Journal of Space Structures, 9(1):227–238. [4] Motro, R. (2003). Tensegrity: Structural Systems for the Future. Kogan Page, London-Sterling. [5] Zhang, J. Y. (2015). Tensegrity Structures: Form, Stability, and Symmetry. Mathematics for Industry 6, Springer, Tokyo. [6] Zhang, J. Y., Ohsaki, M. (2006). Form-finding of tensegrity structures subjected to geometrical con- straints. International Journal of Space Structures, 21(4):183–195. [7] Zhang, J. Y., Ohsaki, M. (2006). Adaptive force density method for form-finding problem of tensegrity structures. International Journal of Solids and Structures, 43(18-19):5658–5673. [8] Zhang, J. Y., Ohsaki, M. (2016). Form-finding of complex tengrity structures by dynamic relaxation method. Journal of Structural and Construction Engineering, 81(1):71–77. [9] Pagitz, M., Tur, J. M. (2009). Finite element based form-finding algorithm for tensegrity structures. International Journal of Solids and Structures, 46(17):3235–3240. [10] Gan, B. S., Zhang, J., Nguyen, D.-K., Nouchi, E. (2015). Node-based genetic form-finding of irregular tensegrity structures. Computers & Structures, 159:61–73. [11] Snelson, K., Heartney, E. (2013). Art and ideas. Kenneth Snelson In Association With Marlborough Gallery, NY. [12] Gilewski, W., Kłosowska, J., Obara, P. (2015). Applications of tensegrity structures in civil engineering. Procedia Engineering, 111:242–248. [13] Schek, H.-J. (1974). The force density method for form finding and computation of general networks. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 3(1):115–134. [14] TCVN 1072:1971. Gỗ-phân nhóm theo tính chất cơ lý. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Việt Nam. [15] Borosˇka, J., Pauliková, A., Ivancˇo, V. (2014). Determination of Elastic Modulus of Steel Wire Ropes for Computer Simulation. Applied Mechanics and Materials, 683:22–27. [16] Phong, N. H. (2010). Phương pháp tăng khả năng chịu cắt của dầm BTCT gia cường bằng cáp sợi liên tục. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 4(2). 127
File đính kèm:
phan_tich_va_thuc_nghiem_xac_dinh_hinh_dang_thap_tensegrity.pdf