Luận án cao học
Chương 2
CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ ĐỘNG LỰC HỌC
2.1 Giới thiệu :
Một trong những vấn đề quan trọng nhất trong phân tích động cơng trình biển là
xác định độ nhạy của kết cấu đó là tần số dao động tự nhiên . Khi tần số này trùng với
tần số dao động kích thích sẽ tạo ra sự cộng hưởng . Có ba vấn đề quan trọng để xác
định tần số dao động tự nhiên của kết cấu là :
- Khối lượng hiệu quả ( Effective Mass) của kết cấu . Khi kết cấu có khối lượng sẽ
cản trở dao động và tải trọng động ít bị ảnh hưởng . Khối lượng là yếu tố quan
trọng cho dao động kích thích đối với dao động tự nhiên .
- Độ cứng (Stiffness) của kết cấu
- Hệ số cản ( Damping ) của kết cấu .
Cơng thức xác định các đặt trưng của kết cấu là :
)(tFKxxCxM
=++

(2.1)
Để giải được phương trình trên cần phải xác định được các hệ số M, C, K .
2.2. Khối lượng :
Đối với cơng trình biển khối lượng kết cấu gồm :
- Khối lượng nước kèm khi cấu kiện ngập hồn tồn trong nước hoặc một
phần trong nước (Added Mass).
- Khối lượng gia tăng do nước dâng (marine growth ).
2.2.1 . Khối lượng nước kèm
Những cơng trình ngập hồn tồn hoặc một phần trong nước, khi dao động một
số lượng nước cản trở và di chuyển cùng với kết cấu . Khối lượng của nước bao gồm
cả khối lượng của kết cấu và khối lượng nước chứa trong lỗ rỗng của các kết cấu . Ví
dụ một cấu kiện có lỗ rỗng chứa nước, khối lượng hiệu quả được cho bởi - Khối
lượng cấu kiện
- Khối lượng nước chứa trong cấu kiện hoặc khối lượng nước kèm.

M
i
: Khối lượng nước bên trong cấu kiện
M
am
: Khối lượng nước kèm
A : Hằng số
2.2.2 Sự thay đổi khối lượng do nước dâng
Chương 2 : Các đặt trưng vật lý động học 26
Luận án cao học
Hiện tượng nước dâng tác dụng lên cơng trình làm gia tăng khối lượng và làm giảm tần
số dao động tự nhiên . Chỉ số giá trị khối lượng gia tăng cho mỗi loại kết cấu được cho
ở bảng 2.1 .
Bảng 2.1
Khối lượng nước kèm trong chuyển động khơng ổn định .
Hình dạng mặt cắt của hình trụ
dài vơ hạn
Khối lượng nước kèm trên một đơn vị
chiều dài Mam
Mặt cắt
hình tròn
ρπa
2
Mặt cắt
Elliptic
ρπ(b
2
cos
2
α + a

2

Chương 2 : Các đặt trưng vật lý động học 27
a
2a
2b
2a
b
α
2a
2a
K
1
ρπa
2
a/b K
2
0.2
0.5
1.0
2.0
0.61
0.67
0.76
0.85
Luận án cao học
Mặt cắt hình
vng
K
3

l
EA
x
F
K
==
, A: Diện
tích mặt cắt ngang
Dầm consol
)3(
6
2
oo
lll
EI
K
x
F
−
==
Dầm consol
)3(
6
2
oo
lll
EI
K
x
F

µ
µ
π
+
+
=
3
1
16
2
R
D
K
Chương 2 : Các đặt trưng vật lý động học 28
2a
2a
d
F
F
k
1
k
2
l
F
l
o
l
o
F

µ
−
=
Et
D

µ = hệ số poisson ≈ 0.3
Ong hình tròn hai đầu ngàm
2
16
R
D
K
π
=
2.4 Hệ số cản của kết cấu :
Thơng số ảnh hưởng đến đáp ứng tải trọng động là hệ số cản rất khó xác định . Thường
khơng thể phân tích tính tốn và thay vào đó là phải so sánh với những giá trị đo của
những cơng trình đã tồn tại . Bảng sau đây cho giá trị của mỗi loại kết cấu, giá trị đo
đạt thường áp dụng cho những dao động có biên độ nhỏ .
Bảng 2.3
Hệ số độ giảm loga dựa vào vật liệu
Loại vật liệu Hệ số độ giảm loga
Lò xo thép
Kết cấu thép
Bê tơng
Cao su thiên nhiên dùng làm đệm
Gỗ (cơng trình )
δ = 0.004 tới 0.008
δ = 0.02

Chú ý 2 :
Thơng số quan trọng ảnh hưởng hệ số cản của bê tơng ứng suất trước và bê tơng
ngun thủy là độ nứt cho phép . Đối với dầm bê tơng lấy δ = 0.05 hoặc nhỏ hơn khi
khơng nứt và lớn hơn khi bị nứt.
Chương 2 : Các đặt trưng vật lý động học 29
l
1
l
2
F
R
Luận án cao học
Giá trị δ = 0.16 được lấy ngay cả những vết nứt khơng nhìn thấy bằng mắt . Cho những
trường hợp tải trọng động , ứng suất lớn hơn vài lần tạo ra nứt, hệ số cản trong khoảng
δ = 0.18 tới δ = 0.36.
Chương 2 : Các đặt trưng vật lý động học 30