Ảnh hưởng do thay đổi nhiệt độ lên phân tích động nhà nhiều tầng sử dụng gối cách chấn đáy có độ cản cao

Hệ thống cách chấn đáy là một kỹ thuật rất hiệu quả để bảo vệ kết cấu công trình chịu tác động của động đất đã được chứng minh thực tế. Bài viết trình bày ảnh hưởng do thay đổi nhiệt độ lên phân tích động nhà nhiều tầng sử dụng gối cách chấn đáy có độ cản cao.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 ẢNH HƯỞNG DO THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ LÊN PHÂN TÍCH ĐỘNG NHÀ NHIỀU TẦNG SỬ DỤNG GỐI CÁCH CHẤN ĐÁY CÓ ĐỘ CẢN CAO Nguyễn Vĩnh Sáng Phân hiệu Trường Đại học Thủy lợi, email: sangnv@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Hệ thống cách chấn đáy kỹ thuật hiệu để bảo vệ kết cấu công trình chịu tác động động đất chứng minh thực tế Nó sử dụng rỗng rãi toàn giới năm gần đây, cần xem xét mối đe dọa ngày tăng trận động đất lớn Thiết bị cách chấn đáy chủ yếu chế tạo vật liệu cao su có ứng xử phụ thuộc vào nhiệt độ đặc tính vật liệu loại Polyme đàn hồi Ảnh hưởng nhiệt độ Polyme tạo chuyển đổi từ giao đoạn cao su sang giai đoạn thủy tinh vơ định đóng rắn nhiệt độ thấp Do đó, độ cứng cao su tăng lên nhiệt độ giảm xuống Với gia tăng độ cứng cao su, tính dẻo thiết bị cách chấn đáy bị giảm xuống khả bảo vệ kết cấu chịu động đất bị suy yếu Đặc biệt vùng có nhiệt độ thấp thường hoạt động địa chấn mạnh Hokkaido Nhật Bản, Alaska Mỹ Do đó, cần phải tính đến ảnh hưởng nhiệt độ hệ thống cách chấn đáy phân tích động đất Ảnh hưởng nhiệt độ lên hệ cách chấn đáy nghiên cứu sử dụng loại gối cao su có độ cản lớn HDRB (High damping rubber bearing) sử dụng rộng rãi Nhật Bản đặc tính hấp thụ lượng cao chịu ảnh hưởng nhiệt độ thấp theo [2] Các đặc trưng học HDRB thay đổi nhiệt độ xác định thí nghiệm Các thơng số nghiên cứu thể nhiệt độ phòng 23oC nhiệt độ thấp - 300C Phương pháp phân tích phi tuyến tính phần mềm Sap2000 sử dụng để phân tích ứng xử theo thời gian tác dụng động đất Elentro 1940 Kết so sánh chuyển vị tương đối, gia tốc đỉnh sàn cho cơng trình sử dụng móng cứng, gối HDRB nhiệt độ khác PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mơ hình song tuyến tính Mơ hình song tuyến tính (Billinear model) có ba tham số để diễn tả vịng trịn trễ HDRB hình bao gồm độ cứng ban đầu K1, độ cứng chảy dẻo K2 cường độ chảy Qy gối cao su Một số dẫn kỹ thuật (AASHTO, 2010; JRA, 2004; TCVN 9386) hướng dẫn sử dụng mơ hình song tuyến tính để diễn đả đặc tính học gối cao su đàn hồi có độ cản lớn HDRB Hình Mơ hình song tuyến tính gối cách chấn Độ cứng hữu hiệu độ dốc cát tuyến giá trị đỉnh đến đỉnh vịng lặp trễ, cho cơng thức: 174 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 K eff  K  Qy D (1) ; D  Dy Trong đó: D y - chuyển vị vị trí chảy dẻo xác định hệ thức: Qy Dy  (2) K  K1 Hệ số cản nhớt hiệu dụng  eff xác định bởi:  eff  4Qy  D  Dy  (3) 2 K eff D Độ cứng theo phương đứng gối cách chấn đàn hồi là: K v  6.73GS A tr (4) Trong đó: G - mô đun kháng cắt gối; A - diện tích mặt cắt ngang gối tr tổng chiều dày lớp cao su S hệ số hình dạng, gối hình vng xác định bởi: S d 4tr MƠ HÌNH VÀ KẾT QUẢ 3.1 Mơ hình Etabs V17.0.1 Cơng trình chung cư kết hợp trung tâm thương mại The Light tại: Quận Long Biên - Hà Nội Cơng trình có 10 tầng sử dụng kết cấu chịu lực khung bê tông cốt thép kết hợp lõi thang máy hệ sàn dày 120mm thành hệ làm việc khơng gian Kích thước cột: 350500mm góc, 350700mm biên 500800mm nhà Dầm gồm 300650mm, 350400mm 350750mm hệ dầm phụ chân thang 200400mm Tải trọng gồm: trọng lượng thân kết cấu, tĩnh tải cấu tạo sàn 1.2kN/m2, hoạt tải phòng 2.0kN/m2 hành lang 3.0kN/m2 Vật liệu sử dụng cấp bền B25 Mặt kết cấu tầng điển hình thể hình (5) Các thơng số mơ hình so tuyến xác định theo [1]: K1  A A C1 ; K  C2 ; Qy  A cr tr tr Hình Mặt kết cấu tầng điển hình (6) Trong đó: C1; C2; cr - tham số lấy bảng Phân tích theo lịch sử thời gian sử dụng xem xét động đất ElCentro 1940 có gia tốc đỉnh 0.318g Bảng Tham số mơ hình song tuyến tính Nhiệt độ  cr (MPa) C1 (MPa) C2 (MPa) -30oC 1.921 32.58 1.761 o 1.215 17.29 1.136 23 C Bảng Độ cứng gối HDRB Hình Động đất El Centro 1940 theo thời gian Kv (kN/m) K1 K2 Qy (kN/m) (kN/m) (kN) 30 C 112777 6096 172.89 5815423 o 59850 3932 109.35 5815423 Nhiệt độ o 23 C Kích thước gối HDRB cho Bảng tham số bảng nhiệt độ 23oC 30oC: Trong nghiên cứu này, tham số độ cứng chịu nén Kv gối chưa xem xét nhiệt độ khác khơng có kết thí nghiệm Tham số tính tốn theo hệ thức (4) 175 Bảng Thông số gối HDRB Thơng số Giá trị Kích thước gối (mm) 300x300x100 Tổng chiều dày lớp cao su, tr (mm) 26 Hệ số hình dạng, S 14.42 Mơ đun cắt , G (Mpa) 1.2 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 3.2 Kết nghiên cứu Công trình mơ 03 mơ hình Etabs gồm: Ngàm chân cột (Fix Base), gối cách chấn chân cột HDRB nhiệt độ 23oC 30oC Mỗi lõi thang máy sử dụng gối tựa HDRB Kết nghiên cứu xem xét ứng xử công trình chịu động đất El Centro dựa mơ hình tính tốn gồm: Gia tốc đỉnh sàn tầng, chuyển vị tương đối tầng để đánh giá hiệu cách chấn đáy ảnh hưởng nhiệt đến gối HDRB Kết gia tốc đỉnh sàn tầng thể bảng cho thấy gia tốc đỉnh sàn sử dụng gối HDRB giảm đáng kể so với giá trị tương ứng cơng trình sử dụng móng cứng Fixbase, đồng thời gối HDRB nhiệt độ 30oC lớn nhiệt độ phòng 23oC tương tứng Nghĩa lớn trường hợp ngàm, sau có gối nhiệt độ thấp bé có gối nhiệt độ phòng Bảng Gia tốc đỉnh sàn tầng mơ hình Gia tốc đỉnh sàn Fixbase (m/s2) Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng 10 4.3114 4.6776 4.5769 3.9811 3.1663 2.0350 2.9500 3.7940 5.2536 2.9272 Gối HDRB +230C -300C 1.0415 0.9100 0.8447 0.8418 0.9616 1.0703 1.1617 1.2361 1.2941 2.0302 1.2976 1.0758 0.9852 0.9197 0.9783 1.0797 1.2150 1.3372 1.4321 2.0998 Chuyển vị tương đối tầng (điểm node 272 226 mơ hình) theo thời gian xem xét thể hình Ở nhiệt độ phòng 23oC cho kết nhỏ đồng thời lớn mơ hình ngàm chân cột Hình Chuyển vị tương đối tầng cơng trình chịu động đất El Centro 1940 KẾTUẬN Gối tựa HDRB làm tăng đáng kể khả cách chấn cho cơng trình chịu động đất Đồng thời, nhiệt độ giảm xuống khả cách chấn đáy gối giảm theo Gia tốc đỉnh chuyển vị tương đối sàn tầng sử dụng gối HDRB nhiệt độ thấp tăng lên Nghĩa là, lực động đất tác động lên cơng trình tăng lên nhiệt độ thấp Do nhiệt độ thấp, gối HDRB bị hóa cứng làm giảm khả cách chấn đáy Tuy nhiên mức độ gia tăng chưa thực lớn so sánh với mơ hình ngàm chân cột, cần tiếp tục nghiên cứu nghiên cứu xa mức độ ảnh hưởng lên toán thiết kế cơng trình tới kích thước cột, dầm… Cơng việc cần thiết cho vùng có hoạt động địa chất mạnh lạnh giá TÀI LIỆU THAM KHẢO Gia tốc đỉnh sàn tầng 10 (điểm node 456 mơ hình) thể hình đây: Hình Gia tốc đỉnh theo thời gian tầng 10 cơng trình chịu động đất El Centro 1940 [1] Nguyễn Anh Dũng, 2017 “Ảnh hưởng việc mơ hình hóa gối cao su có độ cản cao lên tính tốn phản ứng động trụ cầu động đất” Hội nghị học toàn quốc lần thứ X, Hà Nội, 8-9/12/2017, tr 191-197 [2] Nguyen, D.A., Dang, J., Okui, Y., Amin, A.F.M.S., Okada, S., Imai, T An improved rheology model for the description of the rate-dependent cyclic behavior of high dampung rubber bearings, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 77, (2015), pp 416-431 176 ... gối HDRB nhiệt độ thấp tăng lên Nghĩa là, lực động đất tác động lên cơng trình tăng lên nhiệt độ thấp Do nhiệt độ thấp, gối HDRB bị hóa cứng làm giảm khả cách chấn đáy Tuy nhiên mức độ gia tăng... theo thời gian tầng 10 cơng trình chịu động đất El Centro 1940 [1] Nguyễn Anh Dũng, 2017 ? ?Ảnh hưởng việc mơ hình hóa gối cao su có độ cản cao lên tính tốn phản ứng động trụ cầu động đất” Hội nghị... ứng cơng trình sử dụng móng cứng Fixbase, đồng thời gối HDRB nhiệt độ 30oC lớn nhiệt độ phòng 23oC tương tứng Nghĩa lớn trường hợp ngàm, sau có gối nhiệt độ thấp bé có gối nhiệt độ phòng Bảng