Bài viết So sánh ứng xử ngang của gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết và không liên kết phân tích ứng xử ngang của gối U-FREI và B-FREI bằng mô hình số; So sánh các đặc tính cơ học của hai gối được thực hiện.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 SO SÁNH ỨNG XỬ NGANG CỦA GỐI CÁCH CHẤN ĐÀN HỒI CỐT SỢI LIÊN KẾT VÀ KHÔNG LIÊN KẾT Ngô Văn Thuyết Trường Đại học Thủy lợi, email: thuyet.kcct@tlu.edu.vn ĐẶT VẤN ĐỀ Trong kỹ thuật giảm chấn, nhiều phương pháp sử dụng phương pháp giảm chấn chủ động, giảm chấn bán chủ động giảm chấn thụ động Giảm chấn thụ động phương pháp giảm chấn mà nguồn lượng hoạt động thiết bị giảm chấn lấy từ lượng dao động thân cơng trình Năng lượng động đất tiêu tán nhờ biến dạng dẻo, ma sát hệ số cản nhớt thiết bị giảm chấn Gối cách chấn đáy loại thiết bị giảm chấn phương pháp giảm chấn thụ động Gối cách chấn đa lớp thông thường cấu tạo từ lớp cao su mỏng lớp thép xen kẹp, gắn kết với nhau; có hai phần đế thép dày phần đáy phần đỉnh để liên kết với phần móng phần thân cơng trình thông qua liên kết bulông Các gối thường nặng đắt tiền nên thường sử dụng cho tịa nhà cao tầng có tầm quan trọng cao nước phát triển Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết (bonded fiber reinforced elastomeric isolator, gọi tắt gối B-FREI) loại gối cách chấn đa lớp nỗ lực giảm trọng lượng giá thành gối Gối B-FREI có cấu tạo tương tự gối đa lớp thông thường lớp thép thay lớp sợi, thường sợi cacbon Để giảm trọng lượng, giá thành đơn giản thi công, gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết (unbonded fiber reinforced elastomeric isolator, gọi tắt gối U-FREI) phát triển Gối U-FREI có cấu tạo tương tự gối B-FREI hai phần đế thép dày phần đáy đỉnh gối loại bỏ Gối U-FREI đặt trực tiếp lên phần đài móng phần thân cơng trình mà khơng cần liên kết Do đó, gối U-FREI gọi tên gối cách chấn khơng liên kết Hình thể làm việc gối BFREI gối U-FREI chịu chuyển vị ngang Khi gối B-FREI làm việc, lớp cao su ngồi ln tiếp xúc với phần móng phần thân cơng trình (do liên kết bulơng phần đế thép cơng trình, Hình 1a) Ngược lại, gối U-FREI lớp cao su có phần tách rời (khơng liên kết) với phần móng phần thân cơng trình (Hình 1b) Hiện tượng biến dạng gọi biến dạng cuộn Biến dạng cuộn đặc trưng gối U-FREI (a) Gối B-FREI (b) Gối U-FREI Hình Biến dạng loại gối FREI chịu chuyển vị ngang Một số nghiên cứu ứng xử ngang gối U-FREI thực Nezhad cs (2011), N.V Thuyết (2018), Ở Việt Nam, tác giả N.V Thuyết P.T Hiền (2017) nghiên cứu ứng xử ngang 45 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 gối B-FREI hình vng Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu so sánh ứng xử ngang gối U-FREI với gối B-FREI kích thước Nghiên cứu phân tích ứng xử ngang gối U-FREI B-FREI mơ hình số So sánh đặc tính học hai gối thực CẤU TẠO CHI TIẾT GỐI FREI Các gối B-FREI U-FREI có hình chiếu hình vuông cạnh 100mm Gối chế tạo từ 19 lớp cao su mỏng xen kẹp gắn kết với 18 lớp sợi cacbon hai hướng Chiều dày lớp cao su 5mm lớp sợi 0.55mm Tổng chiều dày gối 104.9mm Mặt cắt dọc theo phương đứng gối FREI miêu tả Hình Các thơng số vật liệu cho Bảng Trong mơ hình gối U-FREI, phần tử tiếp xúc mặt - tới-mặt sử dụng Phần tử CONTA173 dùng để định nghĩa cho mặt lớp cao su phần tử TARGE170 dùng để định nghĩa cho mặt hai đế thép vị trí tiếp xúc với gối cách chấn Đối với gối B-FREI, mơ hình tương tự gối U-FREI phần tử tiếp xúc loại bỏ Mơ hình gối cách chấn FREI chia phần tử Hình Hình Mơ hình gối FREI 3.2 Mơ hình vật liệu Cao su có ứng xử phi tuyến chịu chuyển vị lớn nên mô hình mơ hình vật liệu siêu đàn hồi đàn nhớt Hình Các lớp cấu tạo gối FREI 3.3 Tải trọng chi tiết Bảng Vật liệu gối FREI Thông số Giá trị Mô-đun cắt cao su, G, (MPa) 0.80 Mô-đun đàn hồi gối, E, (GPa) 40 Hệ số poisson gối, µ 0.20 MƠ HÌNH CÁC GỐI FREI Ứng xử ngang gối FREI phân tích phương pháp mơ hình số sử dụng phần mềm ANSYS v.14.0 Các gối FREI chịu đồng thời tải trọng thẳng đứng chuyển vị ngang vòng lặp Tải trọng thẳng đứng chuyển vị ngang vòng lặp gán vào phần đế thép phía Phần đế thép phía giữ cố định Trong nghiên cứu này, tải trọng thẳng đứng giữ khơng đổi 12 kN Chuyển vị vịng lặp gán theo phương ngang vào phần đế thép đỉnh gối Chuyển vị ngang dạng hình sin miêu tả Hình 3.1 Lựa chọn loại phần tử Cao su mơ hình phần tử khối SOLID185 Sợi cacbon hai hướng mơ hình phần tử khối nhiều lớp SOLID46 Hai đế thép đáy đỉnh gối để mơ cho phần móng phần thân cơng trình mơ hình phần tử SOLID185 46 Hình Chuyển vị ngang gán vào gối Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 4.1 Vòng lặp trễ gối FREI Ứng xử phi tuyến gối FREI thể qua vòng lặp trễ Kết vòng lặp trễ gối FREI cho Hình chuyển vị ngang cho kết Bảng Các giá trị cho bảng giá trị trung bình cho độ lớn chuyển vị Bảng Đặc tính học gối FREI Gối B-FREI Độ lớn chuyển vị Keffh β (mm) (kN/m) (%) 10.0 89.7 12.1 20.0 86.4 12.3 30.0 83.2 12.3 40.0 79.3 12.5 50.0 74.7 12.8 60.0 70.7 13.1 Gối U-FREI Keffh β (kN/m) (%) 88.3 12.3 76.5 12.8 66.2 13.1 56.9 13.9 46.2 15.2 39.3 16.1 Kết Bảng cho thấy độ cứng ngang hiệu dụng gối U-FREI nhỏ hệ số cản nhớt gối U-FREI lớn giá trị tương ứng gối B-FREI độ lớn chuyển vị ngang (a) Gối B-FREI KẾT LUẬN (b) Gối U-FREI Hình Vịng lặp trễ gối FREI 4.2 Đặc tính học gối FREI Theo tiêu chuẩn International Building Code (IBC-2000), độ cứng ngang hiệu dụng, Keffh, gối cách chấn độ lớn chuyển vị ngang tính theo công thức: F − Fmin (1) K effh = max umax − umin đó, Fmax, Fmin giá trị lớn nhất, nhỏ lực cắt ngang umax, umin giá trị lớn nhỏ chuyển vị Hệ số cản nhớt, β, tính thơng qua lượng tiêu tán chu kì chuyển vị ngang, Wd (bằng diện tích vịng lặp trễ hình 5) theo cơng thức sau: β = đó, Wd h Δ 2max 2π K eff (2) Δmax = ( umax + umin ) / Độ cứng ngang hiệu dụng hệ số cản nhớt gối FREI độ lớn khác Nghiên cứu so sánh ứng xử ngang gối B-FREI gối U-FREI chịu đồng thời tải trọng thẳng đứng chuyển vị ngang vòng lặp phương pháp phân tích mơ hình số Kết cho thấy độ cứng ngang hiệu dụng gối U-FREI nhỏ hệ số cản nhớt gối U-FREI lớn giá trị tương ứng gối B-FREI độ lớn chuyển vị ngang rõ rệt giá trị chuyển vị ngang lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] International Building Code (2000) USA [2] Nezhad H.T., Tait M.J., Drysdale R.G (2011) “Bonded versus Unbonded Strip Fiber Reinforced Elastomeric Isolators: Finite Element Analysis” Composite structures, Vol 93, pp 850-859 [3] Ngô Văn Thuyết, Phạm Thu Hiền (2017) “Ứng xử ngang gối cách chấn đàn hồi FREI hình vng”, Tuyển tập HNKHTN, Trường Đại học Thủy lợi, (tháng 11/2017), tr 69-71 [4] Ngô Văn Thuyết (2018) “Nghiên cứu ứng xử ngang nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, Đại học Xây dựng, số 12(6), tr 39-48 47 ... 978-604-82-2981-8 gối B-FREI hình vng Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu so sánh ứng xử ngang gối U-FREI với gối B-FREI kích thước Nghiên cứu phân tích ứng xử ngang gối U-FREI B-FREI mơ hình số So sánh đặc... umax + umin ) / Độ cứng ngang hiệu dụng hệ số cản nhớt gối FREI độ lớn khác Nghiên cứu so sánh ứng xử ngang gối B-FREI gối U-FREI chịu đồng thời tải trọng thẳng ? ?ứng chuyển vị ngang vòng lặp phương... (tháng 11/2017), tr 69-71 [4] Ngô Văn Thuyết (2018) “Nghiên cứu ứng xử ngang nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi khơng liên kết? ??, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, Đại học Xây dựng, số