Tóm tắt Luận án Phân tích động lực bể trụ tròn chứa chất lỏng chịu động đất

 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG 
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG 
Nguyễn Hoàng Tùng 
PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC BỂ TRỤ TRÒN 
CHỨA CHẤT LỎNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT 
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD & CN 
Mã số: 62.58.02.08 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
Hà Nội, 2016. 
 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI 
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG – BỘ XÂY DỰNG 
Người hướng dẫn khoa học: 
1. GS.TSKH. Nguyễn Đăng Bích - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng 
2. TS. Đỗ Tiến Thịnh - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng 
Phản biện: 
1. GS.TSKH. Đào Huy Bích - Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội 
2. GS.TS. Vũ Đình Lợi - Học viện Kỹ thuật quân sự 
3. GS.TS. Nguyễn Văn Phó - Đại học Xây dựng 
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Viện theo 
Quyết định số 1846/QĐ-VKH ngày 25/11/2016 của Viện trưởng Viện Khoa học 
Công nghệ Xây dựng, vào ngày//2016. 
Có thể tìm hiểu luận án tại: 
- Thư viện Quốc gia; 
- Thư viện Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng. 
 MỞ ĐẦU 
0.1. Tình hình nghiên cứu bể trụ tròn chứa chất lỏng chịu động đất 
Bể trụ tròn chứa chất lỏng thành mỏng, đặt trực tiếp trên nền đất được sử dụng rộng 
rãi trên thế giới theo nhiều cách khác nhau như hệ thống cung cấp nước, hệ thống chứa khí 
ga hóa lỏng và các hệ thống công nghiệp và công cộng khác. Bài toán tìm đáp ứng động lực 
của bể trụ tròn chứa chất lỏng chịu tác động động đất và áp lực thủy động là rất phức tạp và 
phi tuyến mạnh, đòi hỏi có nhiều những nghiên cứu về vấn đề này, phục vụ cho thiết kế 
kháng chấn các loại bể chứa. 
Vì vậy đề tài “Phân tích động lực bể trụ tròn chứa chất lỏng chịu động đất” có tính 
thời sự và cần thiết để đáp ứng các yêu cầu nói trên. 
0.2. Mục đích nghiên cứu 
 Phân tích đáp ứng động lực của bể chứa trụ tròn chịu tác động động đất, có kể đến 
tương tác chất lỏng - thành bể. 
 Phân tích đáp ứng động lực của bể chứa trụ tròn không neo chịu tác động động đất, 
có kể đến đồng thời các tương tác chất lỏng - thành bể và tương tác nền đất - bể chứa. 
 Tìm nội lực trong kết cấu bể chứa, kiểm tra ổn định đàn hồi và đàn dẻo của thành bể, 
đưa ra quy trình và ví dụ tính toán có tính chất thực hành, nhằm phục vụ cho công tác tư vấn 
thiết kế bể chứa chất lỏng trong thực tế sản xuất. 
0.3. Đối tượng nghiên cứu 
 Bể chứa trụ tròn thẳng đứng, bằng thép, chứa chất lỏng có neo và không neo tựa trên 
nền đất cứng chịu tác động động đất có kể đến tương tác chất lỏng - thành bể cũng như tựa 
trên nền đất biến dạng có kể đến sự làm việc đồng thời của tương tác chất lỏng - thành bể và 
tương tác nền đất - bể chứa. 
Ngoài ra một số yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định của thành bể như gân gia cường 
và độ không hoàn hảo cũng được xét tới. 
0.4. Nội dung nghiên cứu 
 Giới thiệu mô hình tính theo đề xuất của các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn EC 8.4, 
2006[32] và API 650, 2010[10] đưa ra quy trình và ví dụ tính toán có tính chất thực hành để 
làm tài liệu tham khảo cho công tác tư vấn thiết kế. 
Áp dụng phương pháp Galerkin để đưa phương trình tương thích và phương trình 
chuyển động dưới dạng đạo hàm riêng của vỏ trụ về phương trình giải có dạng phương trình 
Duffing phi tuyến có cưỡng bức. Áp dụng thuật toán Runge - Kutta để tìm nghiệm phương 
trình giải với vế phải là áp lực thủy động chứa lực động đất tính theo giản đồ gia tốc nền là 
hàm phụ thuộc thời gian. 
Thiết lập phương trình chuyển động của bể trụ tròn không neo có kể đến sự làm việc 
đồng thời của chất lỏng - thành bể và nền đất - bể chứa, trong đó tương tác nền đất - bể chứa 
được đặc trưng bởi chuyển động xoay và chuyển động trượt. Trong phương trình chuyển 
động, yếu tố cản được thiết lập theo hệ số cản Rayleigh. Giải hệ phương trình vi phân 
chuyển động có bốn ẩn theo thuật toán Runge - Kutta bằng cách áp dụng phần mềm 
Mathematica 7.0[93] để xác định bằng số đáp ứng động lực của bể trụ tròn không neo chịu 
tác động động đất. 
Kiểm tra mất ổn định đàn hồi và đàn dẻo theo tiêu chuẩn kỹ thuật của thành bể có kể 
đến ảnh hưởng của gân gia cường và độ không hoàn hảo ban đầu chịu tác động động đất. 
0.5. Phương pháp nghiên cứu 
Phương pháp nghiên cứu là phương pháp tiếp cận giải tích, đó là phương pháp 
Galerkin và phương pháp Hamilton để thiết lập phương trình giải và dùng thuật toán Runge - 
Kutta để tìm nghiệm của phương trình giải với sự trợ giúp của phần mềm Mathematica 
7.0[93]. 
0.6. Phạm vi và giới hạn nghiên cứu của đề tài 
 Phương pháp nghiên cứu là phương pháp tiếp cận giải tích vì thế các yếu tố ảnh 
hưởng đưa vào xem xét cũng phải được mô tả bằng giải tích theo một cách có thể, ví dụ: 
 2 
 Gân gia cường không thể là gân gia cường cục bộ mà phải mau, mảnh, cách đều và 
có kích thước bằng nhau; 
 Độ không hoàn hảo không thể là khuyết tật của vật liệu, sự không hợp lý về kích 
thước hình học mà phải được giả thiết là có thể mô tả giải tích dạng hình sin, đối xứng; 
Áp lực thủy động không thể xét hiện tượng hút, đẩy, trễ một cách tách bạch, các hiện 
tượng này nếu có đã nằm trong biểu thức giải tích biểu diễn các áp lực thủy động. 
Công cụ áp dụng để giải các bài toán trong nghiên cứu là thuật toán Runge - Kutta 
với sự hỗ trợ của phần mềm Mathematica 7.0[93] không đủ mạnh để giải được hệ phương 
trình vi phân phi tuyến có vế phải là hàm phụ thuộc thời gian phức tạp dẫn đến giới hạn 
phạm vi nghiên cứu là khảo sát các bài toán trong hai trường hợp: 
Phương trình giải chỉ có một phương trình vi phân phi tuyến có vế phải phụ thuộc 
thời gian phức tạp; 
Phương trình giải chỉ là hệ phương trình vi phân tuyến tính có vế phải phụ thuộc thời 
gian phức tạp. 
0.7. Cấu trúc luận án 
Luận án gồm phần mở đầu, năm chương, phần kết luận, danh mục các tài liệu tham 
khảo, danh mục các bài báo khoa học liên quan của tác giả và bốn phụ lục. 
0.8. Những đóng góp mới của luận án 
 - Giải bài toán bể trụ tròn chịu động đất có kể đến tương tác giữa chất lỏng - thành bể. 
Áp dụng nguyên lý Galerkin đưa phương trình giải về phương trình Duffing dạng tổng quát 
có cưỡng bức. Cưỡng bức ở đây phụ thuộc thời gian rất phức tạp là tải trọng động đất được 
lấy theo giản đồ gia tốc nền thực tế của một trận động đất và áp lực thủy động gây ra bởi tải 
trọng động đất bao gồm các thành phần: áp lực xung cứng, áp lực đối lưu và áp lực xung 
mềm. Đặc biệt áp lực xung mềm là ẩn hàm phụ thuộc vào biên độ độ võng của thành bể. 
Phương trình phi tuyến dạng Duffing được giải bằng thuật toán Runge - Kutta với sự hỗ trợ 
của phần mềm Mathematica 7.0[93]. 
 - Giải bài toán bể trụ tròn không neo chịu động đất có kể đến đồng thời tương tác chất 
lỏng - thành bể và tương tác nền đất - bể chứa. Áp dụng nguyên lý Hamilton có kể đến 
chuyển động xoay và chuyển động trượt ở mặt tiếp xúc giữa bể chứa và nền đất để thiết lập 
phương trình chuyển động. Phương trình chuyển động dẫn đến là hệ phương trình vi phân có 
cản, có cưỡng bức. Hệ phương trình vi phân có cưỡng bức phụ thuộc thời gian phức tạp được 
giải số trực tiếp bằng thuật toán Runge - Kutta với sự hỗ trợ của phần mềm Mathematica 
7.0[93]. 
 - Trường hợp có cản và với bể chứa như đã lấy làm ví dụ tìm thấy hiệu ứng đặc biệt 
của phản ứng động lực của bể trụ tròn đáy tựa trên nền không biến dạng có tính chất hỗn độn 
với biến thiên biên độ độ võng theo thời gian không bao giờ lặp lại chính mình, đường cong 
pha giới nội và cắt nhau liên tiếp không theo quy luật trong mặt phẳng pha. 
 - Trường hợp có cản và với bể chứa như đã lấy làm ví dụ tìm thấy hiệu ứng đặc biệt 
của phản ứng động lực của bể trụ tròn không neo đáy tựa trên nền biến dạng bị trượt và bị 
xoay có tính chất nhóm với biên độ tăng, giảm cố kết lại thành từng nhóm liên tiếp. 
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 
1.1. Nghiên cứu về bể chứa 
1.1.1. Nghiên cứu về bể chứa neo 
Những nghiên cứu đầu tiên xác định áp lực thủy động tác động lên bể chứa phụ thuộc 
vào chuyển động động đất như các nghiên cứu của: Westergaard, 1933[136]; Jacobsen, 
1949[68]. Housner, 1954, 1957 và 1963[60,61,62] đã biểu diễn ứng xử của chất lỏng bằng 
mô hình cơ học tương đương có khả năng sinh ra các ứng xử tương tự với mô hình thực. Các 
khối lượng chất lỏng dạng xung và đối lưu được mô hình hóa bằng cách lần lượt gán bằng 
các khối lượng cứng tương ứng và coi như là bậc tự do trong dao động của hệ tương đương. 
Phá hoại nguy hiểm đối với các bể chứa chất lỏng trong trận động đất Alaska, 1964 đã 
dẫn đến các nghiên cứu mở rộng khảo sát ứng xử động đất của bể thép trụ tròn và cho thấy 
 3 
độ mềm của bể chứa là yếu tố quan trọng trong việc xác định phản ứng của hệ bể chứa - chất 
lỏng. Các phương pháp số đã gắn liền với việc phân tích kháng chấn của bể chứa trong đó đã 
kể tới biến dạng của bể như nghiên cứu của: Edwards, 1969[33]; Veletsos, 1974[126]; 
Veletsos và Yang, 1977[131]. 
Trong các nghiên cứu tiếp theo, các phương pháp giải tích kết hợp với các phương 
pháp số để tìm giải pháp tối ưu khi tính toán bể chứa nhằm tăng độ chính xác và giảm thiểu 
thời gian tính toán. Haroun và Housner, 1980, 1981, 1982 và 1983[51-54] đã sử dụng 
phương pháp tích phân biên mô hình hóa miền chất lỏng và phương pháp phần tử hữu hạn 
dạng xuyến đối với thành bể. 
1.1.2. Nghiên cứu về bể chứa không neo 
Đã có rất nhiều nỗ lực trong việc hình thành các mô hình nhằm nghiên cứu ứng xử phi 
tuyến mạnh của bể chứa không neo, như những nghiên cứu của: Clough, 1977[18]; Wozinak 
và Mitchell, 1978[139]; Malhotra và Veletsos, 1994[85,86]; Malhotra, 1995[81]. 
1.1.3. Nghiên cứu thực nghiệm 
 Nhiều nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành, đặc biệt cho trường hợp bể không 
neo, bởi sự tiếp xúc và chia tách giữa đáy bể và nền đất là rất phức tạp khi được mô hình 
hóa theo phương pháp giải tích hay phương pháp số, như nghiên cứu của: Clough và Niwa, 
1979[19]; Manos và Clough, 1982[90]; Tanaka và các cộng sự, 2000[120]. 
1.1.4. Nghiên cứu tổng hợp các tiêu chuẩn thiết kế 
Đã có một vài nghiên cứu phân tích và tổng hợp các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn 
cho bể chứa, như nghiên cứu của: Hamdan, 2000[47]; Jaiswal và các cộng sự, 2007[69]. 
1.2. Nghiên cứu về tương tác chất lỏng - thành bể 
Các nghiên cứu kể đến ảnh hưởng của tương tác chất lỏng - thành bể đã có trong các 
kết quả nghiên cứu về áp lực thủy động trong bể mềm hoặc đã xét tới biến dạng hay độ mềm 
của thành bể và đã được nhắc tới trong các nghiên cứu về bể mềm neo hoặc không neo. 
Ngoài ra có thể kể tới các nghiên cứu của: Koh và các cộng sự, 1998[73]; Souli và Zolesio, 
2001[118]; Czygan và Von Estorff, 2002[21]; Aquelet và các cộng sự, 2005[13]. 
1.3. Nghiên cứu dao động phi tuyến vỏ trụ tròn tiếp xúc với chất lỏng 
 Amabili và các cộng sự, 1998[8] đã nghiên cứu dao động cưỡng bức và dao động tự 
do phi tuyến của vỏ trụ tròn tựa đơn tiếp xúc với chất lỏng tĩnh. Karagiozis và các cộng sự, 
2005[71] đã nghiên cứu vỏ trụ tròn chứa chất lỏng làm việc dạng ngàm. Kurylov và Amabili, 
2011[77] đã nghiên cứu lý thuyết dao động phi tuyến của vỏ dạng ngàm sử dụng lý thuyết vỏ 
phi tuyến của Sander. Dao động phi tuyến của vỏ dạng ngàm chứa chất lỏng được nghiên 
cứu lý thuyết gần đây nhất bởi Paak và các cộng sự, 2013, 2014[104,105]. 
1.4. Nghiên cứu liên quan tới bể chứa chất lỏng và vỏ trụ tròn tại Việt Nam 
 Bùi Phạm Đức Tường, 2010[1] đã bước đầu khảo sát tổng quát các đặc trưng chính 
yếu của công trình kháng chấn có sử dụng bể chứa chất lỏng dạng chữ nhật. Lê Đình Hồng, 
2011[2] đã cho thấy tầm quan trọng của tác động tương hỗ giữa chất lỏng và thành bể trong 
tính toán ứng xử của bể chứa khi chịu tác động của động đất. Tạ Thị Hiền, 2014[3] đã 
nghiên cứu dao động của vỏ trụ composite có tính đến tương tác với chất lỏng bằng cách sử 
dụng phương pháp phần tử liên tục kết hợp với thực nghiệm. Vũ Ngọc Quang và Lương Sĩ 
Hoàng, 2014[4] đã nghiên cứu ảnh hưởng của sóng bề mặt đến trường áp lực trong bể chứa 
chịu tác dụng của tải trọng động, ở đây là tải trọng sóng nổ. Đào Huy Bích, Đào Văn Dũng 
và các cộng sự, 2012 và 2014[29,30] đã khảo sát ứng xử phi tuyến và ổn định của vỏ trụ 
tròn FGM có gân gia cường dưới tác dụng của những tải trọng cơ học, nhưng chưa kể tới tải 
trọng do chất lỏng hay tải trọng do tác động động đất gây ra. 
1.5. Tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn cho bể chứa 
EC 8.4, 2006[32]; API 650, 2010[10] và NZSEE, 1986[100] là các tiêu chuẩn thông 
dụng nhất hiện nay, là căn cứ để thiết kế kháng chấn cho bể chứa. Phụ lục E của API 650, 
2010[10] căn cứ theo các tài liệu của ASCE 7, 2005[15] cho các tham số và tải trọng được 
kể tới trong thiết kế kháng chấn của bể chứa bằng thép. Phụ lục A của EC 8.4, 2006[32] 
 4 
cung cấp một cách tổng quan các quy trình đơn giản khác nhau được sử dụng để xác định 
ứng xử của bể chứa với nhiều dạng như dạng trụ tròn, dạng chữ nhật, thẳng đứng hay nằm 
ngang. 
1.6. Kết luận 
1.6.1. Các kết quả đã đạt được trong các nghiên cứu đi trước 
 Đã tiến hành các nghiên cứu tương đối toàn diện về đáp ứng động lực của bể trụ tròn, 
bằng thép chịu tác động động đất bằng các phương pháp khác nhau dựa trên các lý thuyết cơ 
bản khác nhau. 
 Các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn cho bể chứa gần đây đã được ban hành, khuyến 
nghị áp dụng nhiều mô hình thông dụng và được kiểm nghiệm qua các nghiên cứu. 
1.6.2. Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 
 Bài toán tương tác chất lỏng - thành bể cần được làm sâu sắc thêm. Khi kể đến tương 
tác giữa chất lỏng - thành bể, áp lực xung mềm phụ thuộc biên độ dao động của thành bể, do 
đó không phải là hàm đã biết khi giải bài toán mà là ẩn hàm cần tìm trong phương trình giải. 
 Bài toán tương tác giữa chất lỏng - thành bể là bài toán có cưỡng bức, tải trọng 
cưỡng bức là áp lực thủy động gồm: xung cứng, đối lưu, xung mềm phụ thuộc thời gian rất 
phức tạp. Vì vậy cần nghiên cứu, áp dụng một công cụ đủ mạnh để giải và tìm những hiệu 
ứng đặc biệt của bài toán nói trên. 
 Bài toán bể trụ tròn không neo có kể đến đồng thời tương tác chất lỏng - thành bể và 
tương tác nền đất - bể chứa là bài toán không gian, nhiều ẩn, điều kiện tương tác ở mặt tiếp 
xúc nền đất - bể chứa rất phức tạp. Vì vậy cần nghiên cứu áp dụng phương pháp đủ mạnh và 
tổng quát để lập và giải hệ phương trình vi phân chuyển động có kể đến tối đa các yếu tố 
tương tác với lực cưỡng bức phụ thuộc thời gian phức tạp, cho ra những nhận xét đặc biệt 
về tính chất nghiệm. 
Chương 2: PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC BỂ TRỤ TRÒN CHỨA CHẤT LỎNG CHỊU 
ĐỘNG ĐẤT THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN 
2.1. Đặt vấn đề 
Trong chương này giới thiệu quy trình và kết quả phân tích đáp ứng động lực của bể 
trụ tròn chứa chất lỏng có neo chịu động đất, cụ thể theo các mô hình mà EC 8.4, 2006[32] 
gợi ý, đó là các mô hình của Haroun và Housner, 1981[51] và của Malhotra, 2000[88]. 
Đồng thời cũng giới thiệu quy trình và kết quả tính toán một ví dụ cụ thể theo các chỉ dẫn, 
công thức mà API 650, 2010[10] khuyến nghị. Nội dung của chương nhằm làm rõ việc lựa 
chọn quy trình và kỹ thuật tính toán bể trụ tròn chứa chất lỏng có neo chịu tác động động 
đất, làm tài liệu tham khảo cho công tác tư vấn thiết kế. 
 ...      
 (5.1.11) 
5.1.5. Kiểm tra ổn định của bể chứa có kể đến ảnh hưởng của gân gia cường 
Kiểm tra ổn định của bể trụ tròn chứa chất lỏng có số liệu như mục 3.5, nhưng thay 
đổi chiều dày thành bể giảm xuống là: ts=1cm, thành bể được gia cường mặt ngoài bằng các 
gân ngang và gân dọc. Kích thước (hx, hy, dx, dy), số lượng (nx, ny) và cách bố trí (bố trí chỉ 
theo phương ngang, chỉ theo phương dọc hoặc theo cả hai phương) của gân được thay đổi 
để kiểm tra ảnh hưởng của gân đến mất ổn định. 
5.1.5.1. Xác định chiều dày tương đương của thành bể 
 21 
{ }x y x yy yx x
w s
x y x y
min h ,h d dh dh d
t t
s s s s
= + + − (5.1.14) 
5.1.5.2. Xác định ứng suất 
Ứng suất đàn hồi và ứng suất đàn dẻo được xác định như sau: 
( )mb x wt N tσ = (5.1.15) 
( ) 2 2pb x y wσ t N N / t= + (5.1.16) 
5.1.5.3. Kiểm tra ổn định 
TT Đặc trưng gân gia cường 
max t mbσ (
MPa) 
max t pbσ 
(MPa) 
mbf 
(MPa) 
pbf 
(MPa) 
Ổn định 
đàn hồi 
Ổn định 
đàn dẻo 
Trường hợp 1: không có gân gia cường 
1. 
nx=ny=0 
hx=hy=0 
dx=dy=0 
1,88175 19,9834 104,707 18,6038 thỏa 
 mãn 
ko 
thỏa 
mãn 
Trường hợp 2: chỉ bố trí gân dọc gia cường, số lượng 20, kích thước hx=dx=1cm 
2. 
nx=20, ny=0 
hx=dx=1cm 
hy=dy=0 
1,87543 19,919 105,006 18,6477 thỏa 
mãn 
ko 
thỏa 
mãn 
Trường hợp 3: chỉ bố trí gân ngang gia cường, số lượng 20, kích thước hy=dy=1cm 
3. 
nx=0, ny=20 
hx=dx=0 
hy=dy=1cm 
1,85234 19,3408 106,588 18,8788 thỏa 
mãn 
ko 
thỏa 
mãn 
Trường hợp 4: bố trí gân dọc gia cường, số lượng 20, tăng kích thước lên hy=dy=1,5cm 
4. 
nx=20, ny=0 
hx=dx=1,5cm 
hy=dy=0 
1,86759 19,8392 105,379 18,7026 thỏa 
mãn 
ko 
thỏa 
mãn 
Trường hợp 5: bố trí gân dọc gia cường, số lượng 20, tăng kích thước lên hy=dy=2cm 
5. 
nx=20, ny=0 
hx=dx=0 
hy=dy=2cm 
1,85672 19,7285 105,903 18,7792 thỏa 
mãn 
thỏa 
mãn 
Trường hợp 6: bố trí gân ngang gia cường, số lượng 20, tăng kích thước hy=dy=1,5cm 
6. 
nx=0, ny=20 
hx=dx=0 
hy=dy=1,5cm 
1,81662 19,1572 108,295 19,2184 thỏa 
mãn 
thỏa 
mãn 
Trường hợp 7: bố trí cả gân ngang, gân dọc gia cường, 
số lượng gân theo mỗi phương là 20, kích thước hx=dx=hy=dy=1cm 
7. 
nx=ny=20 
hx=dx=1cm 
hy=dy=1cm 
1,84635 19,5487 106,882 18,9214 thỏa 
mãn 
ko 
thỏa 
mãn 
Trường hợp 8: bố trí cả gân ngang, gân dọc gia cường, 
tăng số lượng gân theo mỗi phương lên 30, kích thước giữ nguyên hx=dx=hy=dy=1cm 
8. 
nx=ny=30 
hx=dx=1cm 
hy=dy=1cm 
1,82919 19,3384 107,969 19,0781 thỏa 
mãn 
thỏa 
mãn 
Bảng 5.1. Kiểm tra ổn định đàn hồi và đàn dẻo theo 
số lượng, cách bố trí và kích thước gân gia cường 
 22 
5.1.6. Nhận xét 
- Dựa vào các tiêu chuẩn ổn định kỹ thuật trong EC8.4, 2006[32] đã khảo sát sự ổn 
định đàn hồi và ổn định đàn dẻo của thành bể có kể đến ảnh hưởng của gân gia cường dưới 
tác dụng của áp lực tổng cộng bao gồm áp lực thủy tĩnh và áp lực thủy động. 
- Một quy trình khảo sát sự ổn định đàn hồi và đàn dẻo đã được giới thiệu nhằm đánh 
giá các phá hoại thực tế của bể chứa khi mất ổn định dưới tác dụng của tải trọng động đất, 
làm tài liệu tham khảo cho công tác tư vấn thiết kế bể chứa chất lỏng (quy trình xem chi tiết 
tại bảng 5.3). 
- Kiểm tra mất ổn định đàn hồi và đàn dẻo của thành bể cho thấy gân gia cường có 
ảnh hưởng rất lớn, thể hiện ở chỗ khi thay đổi không đáng kể kích thước hình học, số lượng 
hay cách bố trí, có thể làm cho thành bể chuyển từ mất ổn định sang ổn định, trong đó hiệu 
quả nhất là gia cường bằng gân ngang. 
 - Dựa vào mặt phẳng pha tại các hình 5.7, 5.8, 5.9 thấy rằng biên độ độ võng của 
thành bể có gân gia cường theo hai phương ngang và dọc, với kích thước đều nhau bằng 
1cm, có tính chất hỗn độn vì quy luật biến đổi của biên độ độ võng theo thời gian không bao 
giờ lặp lại chính mình và các đường cong pha không lồng vào nhau mà cắt nhau liên tiếp 
phức tạp. Tính hỗn độn của nghiệm đối với bể có gân gia cường biểu hiện rõ rệt hơn đối với 
bể không có gân gia cường (đối chiếu các hình 3.11, 3.12, 3.13 với các hình 5.7, 5.8, 5.9). 
5.2. Ảnh hưởng của độ không hoàn hảo đến mất ổn định của thành bể trụ tròn chứa 
chất lỏng chịu động đất 
5.2.1. Đặt vấn đề 
Trong mục 5.1 trên cơ sở nghiên cứu của chương 3, sau khi tính toán đáp ứng động 
lực, nội lực và ứng suất của thành bể, đã kiểm tra mất ổn định của thành bể theo tiêu chuẩn 
ổn định kỹ thuật EC8.4, 2006[32] có kể đến ảnh hưởng của gân gia cường. Tuy nhiên vai trò 
của độ không hoàn hảo ban đầu vẫn chưa được xét tới, mặc dù trong các phương trình xuất 
phát đã đề cập đến yếu tố này. 
Nội dung nghiên cứu của mục 5.2 sẽ là kiểm tra mất ổn định của bể trụ tròn có gân 
gia cường, chứa chất lỏng, chịu động đất, có kể đến ảnh hưởng của độ không hoàn hảo ban 
đầu. Mất ổn định đàn hồi và đàn dẻo của bể chứa có gân gia cường kể đến độ không hoàn 
hảo ban đầu được kiểm tra và so sánh với mất ổn định của bể chứa có gân gia cường hoàn 
hảo. 
Độ không hoàn hảo ban đầu w0 dẫn đến do nhiều nguyên nhân, trong luận án w0 
không kể đến được bởi những nguyên nhân phức tạp mà chỉ kể đến được khi có mô tả giải 
tích. Độ không hoàn hảo ban đầu w0 ở đây được giả thiết là có mô tả giải tích dạng hình sin 
theo công thức (3.3): 
0 0
m x ny
w z sin sin
L R
pi
= , 
trong đó z0 là biên độ độ không hoàn hảo ban đầu được đánh giá theo chiều dày thành bể. 
Độ không hoàn hảo trong nghiên cứu phải được mô tả theo một quy luật giải tích vì 
cách tiếp cận của nghiên cứu là giải tích. Độ không hoàn hảo mà gây nên bởi các nguyên 
nhân khác không biểu diễn được dưới dạng giải tích như đã nêu, thì chưa được đề cập đến 
trong nghiên cứu. 
Koiter, 1963[74] đã phân tích vỏ trụ dạng dài với độ không hoàn hảo dạng hình sin 
trên suốt chiều dài của nó cho ra công thức xác định ứng suất mất ổn định tại vị trí rẽ nhánh: 
1/2
0 s
cr cl
s 0
w 2t1 1 1
t w
    
σ = σ − ψ + −   ψ     
 (5.2.1) 
 Công thức (5.2.1) được sử dụng trong tiêu chuẩn kỹ thuật EC8.4, 2006[32]. 
5.2.2. Dạng không hoàn hảo 
5.2.3. Tiêu chuẩn ổn định kỹ thuật có kể đến độ không hoàn hảo 
 23 
5.2.3.1. Tiêu chuẩn ổn định đàn hồi 
Tiêu chuẩn ổn định đàn hồi có kể đến độ không hoàn hảo, sử dụng bất đẳng thức 
(5.1.1) nhưng ở đây thay 
clσ bằng crσ theo công thức (5.2.1). 
5.2.3.2. Tiêu chuẩn ổn định đàn dẻo 
Tiêu chuẩn ổn định đàn dẻo có kể đến độ không hoàn hảo, sử dụng bất đẳng thức 
(5.1.10), tương tự như trên thay 
clσ bằng crσ theo công thức (5.2.1). 
5.2.4. Kiểm tra ổn định có kể đến độ không hoàn hảo 
Kiểm tra ổn định của bể trụ tròn chứa chất lỏng có số liệu như mục 5.1.5; được gia 
cường bằng các gân ngang và dọc có kích thước đều nhau hx=hy=1cm, dx=dy=1cm, 
nx=ny=30; có kể đến độ không hoàn hảo ban đầu. Lần lượt kiểm tra ổn định đàn hồi và đàn 
dẻo cho các trường hợp với độ không hoàn hảo ban đầu khác nhau. 
TT z0 
max t mbσ
(MPa) 
max t pbσ 
(MPa) 
mbf 
(MPa) 
pbf 
(MPa) 
Ổn định 
đàn hồi 
Ổn định 
đàn dẻo 
Trường hợp 1: độ không hoàn hảo ban đầu bằng 0 hay vỏ là hoàn hảo 
1. 0 1,82919 19,3384 107,969 19,0781 thỏa mãn thỏa mãn 
Trường hợp 2, 3, 4, 5: độ không hoàn hảo ban đầu thay đổi từ bằng 1/4 chiều dày đến bằng 
chiều dày thành bể, vỏ là không hoàn hảo 
2. ts/4 1,80986 19,3362 53,8247 20,3795 thỏa mãn thỏa mãn 
3. ts/2 1,79053 19,3339 41,5046 15,1829 thỏa mãn 
ko 
thỏa mãn 
4. 3ts/4 1,77119 19,0632 34,4293 12,274 thỏa mãn 
ko 
thỏa mãn 
5. ts 1,7586 19,061 29,6371 10,3552 thỏa mãn 
ko 
thỏa mãn 
Bảng 5.2. Kiểm tra ổn định đàn hồi và đàn dẻo theo độ không hoàn hảo ban đầu 
Trường hợp 1 khi vỏ hoàn hảo (độ không hoàn hảo ban đầu bằng không) thành bể 
thỏa mãn cả hai điều kiện ổn định đàn hồi và đàn dẻo. Khi độ không hoàn hảo xuất hiện, 
trường hợp 2 độ không hoàn hảo rất nhỏ vẫn thỏa mãn cả hai điều kiện ổn định đàn hồi và 
điều kiện ổn định đàn dẻo. Độ không hoàn hảo tăng lên, trường hợp 3, 4 và trường hợp 5 chỉ 
thỏa mãn điều kiện ổn định đàn hồi, nhưng không thỏa mãn điều kiện ổn định đàn dẻo. 
5.2.5. Nhận xét 
 - Dựa vào các tiêu chuẩn ổn định kỹ thuật trong EC8.4, 2006[32] đã khảo sát sự mất 
ổn định của bể trụ tròn chứa chất lỏng gân gia cường, có kể đến ảnh hưởng của độ không 
hoàn hảo ban đầu, dưới tác dụng của áp lực tổng cộng bao gồm áp lực thủy tĩnh và áp lực 
thủy động. 
 - Kiểm tra mất ổn định đàn hồi và đàn dẻo cho thấy vai trò của độ không hoàn hảo 
ban đầu có ảnh hưởng đáng kể làm cho bể chứa từ ổn định sang mất ổn định, trong ví dụ 
tính toán cho thấy độ không hoàn hảo thay đổi từ 1/2 chiều dày đến bằng chiều dày thành bể 
thì bể chứa bị mất ổn định đàn dẻo. 
 - Dựa vào mặt phẳng pha tại các hình 5.18, 5.19, 5.20 thấy rằng biên độ độ võng của 
thành bể với độ không hoàn hảo ban đầu bằng chiều dày thành bể, có tính hỗn độn rõ rệt 
hơn đối với bể chứa không có độ không hoàn hảo ban đầu. 
 24 
KẾT LUẬN 
Các kết quả chính của luận án: 
1. Đã giới thiệu quy trình và kết quả tính toán đáp ứng động lực của bể trụ tròn chứa 
chất lỏng có neo chịu động đất theo các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn EC8.4, 2006[32] và 
API 650, 2010[10]. 
Các bước tính toán trong quy trình và kết quả tính toán thực tế đáp ứng động lực của 
bể trụ tròn chứa chất lỏng có neo chịu động đất có thể làm tài liệu tham khảo cho công tác 
tư vấn thiết kế. 
2. Đã thiết lập và giải được bài toán tìm đáp ứng động lực bể trụ tròn chứa chất lỏng, 
không neo tựa vào móng đặt trên nền đất cứng tuyệt đối, chịu động đất, có kể đến tương tác 
chất lỏng - thành bể. 
Tương tác chất lỏng - thành bể đã được kể đến và hiện thực hóa bằng cách coi dịch 
chuyển thành bể theo hướng kính bằng dịch chuyển của chất lỏng theo hướng đó khi tìm áp 
lực thủy động. Bài toán tương tác chất lỏng - thành bể được giải trong ba trường hợp. Giá trị 
lớn nhất của biên độ độ võng z(t) trong cả ba trường hợp có giá trị tương tự nhau, khác nhau 
không đáng kể, song về tính chất và dáng điệu của đáp ứng trong ba trường hợp là khác 
nhau. 
Trường hợp có cản và với bể chứa như đã lấy làm ví dụ tìm thấy hiệu ứng đặc biệt của 
phản ứng động lực của bể trụ tròn đáy tựa trên nền không biến dạng có tính chất hỗn độn với 
biến thiên biên độ độ võng theo thời gian không bao giờ lặp lại chính mình, đường cong pha 
giới nội và cắt nhau liên tiếp không theo quy luật trong mặt phẳng pha. 
Tính chất hỗn độn được quan sát thấy trong vật lý plasma, trong vật lý khí quyển và 
trong kinh tế - xã hội, nhưng trong kỹ thuật xây dựng thì chưa từng phát hiện có tính chất 
này. Vì vậy việc phát hiện tính chất hỗn độn trong bài toán phân tích động lực bể trụ tròn 
chứa chất lỏng, không neo tựa vào móng đặt trên nền đất cứng tuyệt đối, chịu động đất, có 
kể đến tương tác chất lỏng - thành bể được xem là bước đầu và cần có những nghiên cứu 
tiếp theo. 
3. Đã giải được bài toán tìm đáp ứng động lực của bể trụ tròn chứa chất lỏng, không 
neo tựa vào móng đặt trên nền đất biến dạng, có kể đến đồng thời tương tác chất lỏng - 
thành bể và tương tác nền đất - bể chứa, chịu tác động của tải trọng động đất. 
Đáp ứng động lực của bể trụ tròn không neo tìm được bằng cách áp dụng thuật toán 
Runge - Kutta với sự hỗ trợ của phần mềm Mathematica 7.0[93] để giải hệ phương trình vi 
phân chuyển động có bốn ẩn số với cưỡng bức là tác động động đất tính theo giản đồ gia tốc 
nền và áp lực thủy động khi kể đến đồng thời tương tác chất lỏng - thành bể và tương tác 
nền đất - bể chứa, phụ thuộc thời gian phức tạp. 
Kết quả khảo sát đã phát hiện hiệu ứng mới đó là đáp ứng động lực có tính chất 
nhóm. Khi kể đến cản đáp ứng động lực có xu hướng hình thành các nhóm đơn độc với biên 
độ tăng, giảm không rõ quy luật. Tính chất nhóm đã được quan sát thấy qua các sóng đơn 
độc trong chất lỏng, còn trong kỹ thuật xây dựng thì chưa từng phát hiện thấy tính chất này. 
Tính chất nhóm tìm thấy trong luận án có thể xem là bước đầu cần nghiên cứu thêm. 
4. Theo tiêu chuẩn kỹ thuật về ổn định đàn hồi và ổn định đàn dẻo đã khảo sát ổn 
định của thành bể trụ tròn chứa chất lỏng, không neo tựa vào móng đặt trên nền đất cứng 
tuyệt đối, chịu động đất, có kể đến tương tác chất lỏng - thành bể trong hai trường hợp: kể 
đến ảnh hưởng của gân gia cường; kể đến ảnh hưởng của gân gia cường và độ không hoàn 
hảo ban đầu. 
Đã cho thấy vai trò của gân gia cường ảnh hưởng đến ổn định, khi gân thay đổi kích 
thước, số lượng và cách bố trí đã làm cho thành bể chuyển từ mất ổn định sang ổn định. 
 25 
Đã cho thấy vai trò của độ không hoàn hảo ban đầu là rất lớn đối với ổn định của 
thành bể. Độ không hoàn hảo ban đầu được chọn thường không vượt quá chiều dày thành 
bể, đã là rất bé so với kích thước bể chứa, nhưng độ nhạy của ảnh hưởng được thể hiện khi 
thay đổi một lượng rất nhỏ độ không hoàn hảo ban đầu (so với chiều dày thành bể) đã làm 
cho thành bể chuyển từ ổn định sang mất ổn định. 
ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 
Những căn cứ để đánh giá độ tin cậy của các kết quả đạt được: 
- Các mô hình áp dụng trong luận án đã được công bố rộng rãi là cơ sở của nhiều 
nghiên cứu hiện tại và đồng thời được áp dụng trong các tiêu chuẩn kháng chấn tiên tiến 
hiện hành. 
 - Các kết quả nghiên cứu trong luận án đã được báo cáo và công bố tại các Hội nghị 
khoa học và Tạp chí chuyên ngành. 
 - Phần mềm Mathematica 7.0, 2008[93] có độ tin cậy cao và được dùng phổ biến trên 
thế giới, đây là chương trình được thương mại của hãng Wolfram đã khẳng định được tên 
tuổi trên thị trường. 
 - Đồ thị biểu diễn kết quả phù hợp với các qui luật vật lý và cơ học, tức là phù hợp về 
mặt định tính đối với kết cấu. 
 - Các kết quả tính toán được so sánh khá đa dạng thể hiện trong các bảng 2.9, 2.10, 
3.1, 3.2, 5.1 và 5.2, chứng tỏ độ tin cậy của kết quả đạt được. 
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LUẬN ÁN 
1. Nguyễn Hoàng Tùng, 2013. Mô hình phân tích đáp ứng động đất của bể chứa chất 
lỏng. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, số 1-2013, Viện Khoa học Công nghệ Xây 
dựng, tr. 10-14. 
2. Nguyễn Hoàng Tùng, 2013. Phân tích đáp ứng động đất của bể chứa chất lỏng. 
Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học kỷ niệm 50 năm ngày thành lập, Viện Khoa học 
Công nghệ Xây dựng, tr. 382-395. Hà Nội, ngày 15/11/2013. 
3. Nguyễn Đăng Bích, Nguyễn Hoàng Tùng, 2015. Đáp ứng động lực của bể trụ tròn 
có tính đến hiệu ứng của chất lỏng chứa trong bể. Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học 
Toàn quốc Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ 12, tr.122-129. Đà Nẵng, ngày 06,07/8/2015. 
4. Nguyễn Đăng Bích, Nguyễn Hoàng Tùng, 2015. Mất ổn định của bể chứa có gân gia 
cường dưới tác dụng của tác động động đất. Tạp chí Xây dựng số 11-2015, tr. 56-60. 
5. Nguyễn Hoàng Tùng, 2015. Ảnh hưởng của độ không hoàn hảo đến mất ổn định của 
thành bể trụ tròn có gân gia cường chứa chất lỏng dưới tác động của tải trọng động đất. 
Tạp chí Xây dựng số 12-2015, tr. 81-85. 
6. Nguyễn Hoàng Tùng, 2016. Phân tích đáp ứng động lực của bể trụ tròn không neo 
có kể đến tương tác chất lỏng-thành bể và tương tác nền đất-bể chứa chịu tác động động 
đất. Tạp chí Xây dựng số 4-2016, tr. 83-86. 
 26