Bài viết Hiệu quả cách chấn của nhà khung bê tông cốt thép thấp tầng sử dụng gối cách chấn đàn hồi cốt sợi FREI chịu động đất trình bày hiệu quả cách chấn của công trình nhà khung BTCT thấp tầng sử dụng gối cách chấn đàn hồi cốt sợi FREI chịu động đất so với công trình nhà khung BTCT móng cứng thông thường.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 HIỆU QUẢ CÁCH CHẤN CỦA NHÀ KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP THẤP TẦNG SỬ DỤNG GỐI CÁCH CHẤN ĐÀN HỒI CỐT SỢI FREI CHỊU ĐỘNG ĐẤT Ngô Văn Thuyết1 , Nguyễn Văn Thắng2 Ngô Thị Thùy Anh3 Bộ mơn Kết cấu cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi, email: thuyet.kcct@tlu.edu.vn Bộ môn Xây dựng dân dụng công nghiệp, Trường Đại học Thủy lợi Bộ môn Công nghệ quản lý xây dựng, Trường Đại học Thủy lợi ĐẶT VẤN ĐỀ Nhà kết cấu khung bê tông cốt thép (BTCT) dạng kết cấu phổ biến cho cơng trình dân dụng trung thấp tầng nước phát triển Việt Nam Khi động đất xảy ra, nhà khung BTCT thường có hư hỏng từ nhẹ đến phá hoại Do đó, nghiên cứu phương pháp giảm hư hỏng cho cơng trình nhà khung BTCT yêu cầu cấp thiết khu vực thường xảy động đất Phương pháp sử dụng hệ gối cách chấn đáy phương pháp hiệu để giảm hư hỏng cho cơng trình chịu động đất Hệ gối cách chấn đáy thường nằm phần tiếp nối phần móng phần thân cơng trình Khi sử dụng gối cách chấn đáy, lượng động đất tiêu tán nhờ chuyển hóa thành động cơng trình Có hai loại gối cách chấn đáy thường dùng gối cách chấn đàn hồi gối cách chấn trượt, gối cách chấn đàn hồi sử dụng phổ biến Gối cách chấn đàn hồi thông thường SREI cấu tạo từ lớp cao su mỏng lớp thép xen kẽ, gắn kết với nhau; có hai đế thép dày phần đỉnh phần đáy để liên kết với phần thân phần móng cơng trình Các gối SREI thường nặng đắt tiền Theo nghiên cứu N.V Thuyết, P.T Hiền (2017), gối cách chấn đàn hồi cốt sợi FREI có cấu tạo tương tự gối SREI lớp thép mỏng gối SREI thay lớp sợi, thường sợi carbon Gối cách chấn đàn hồi FREI có trọng lượng nhẹ giá thành rẻ so với gối SREI 56 kì vọng sử dụng cho cơng trình dân dụng trung thấp tầng chịu động đất Hiệu cách chấn công trình sử dụng gối cách chấn đàn hồi chịu động đất số tác giả nghiên cứu vài năm trở lại tác giả Nguyễn Xuân Thành (2006); Lê Xuân Huỳnh, Nguyễn Hữu Bình (2008) Tuy nhiên, nghiên cứu đánh giá hiệu cách chấn cho nhà khung BTCT cao tầng sử dụng gối cách chấn đàn hồi thông thường SREI Chưa có nghiên cứu đánh giá hiệu cách chấn cho cơng trình nhà khung BTCT thấp tầng sử dụng gối cách chấn FREI chịu động đất Nghiên cứu trình bày hiệu cách chấn cơng trình nhà khung BTCT thấp tầng sử dụng gối cách chấn đàn hồi cốt sợi FREI chịu động đất so với công trình nhà khung BTCT móng cứng thơng thường CẤU TẠO NHÀ KHUNG BTCT Một nhà khung BTCT năm tầng đại diện cho cơng trình dân dụng thấp tầng chọn để nghiên cứu Cơng trình sử dụng bê tơng cấp độ bền B15 cốt thép nhóm CII Cơng trình có năm tầng, tầng cao 3,3 m Kích thước mặt cắt ngang dầm 0,25 x 0,45 m2 , cột 0,25 x 0,4 m sàn dày 0,12 m Mặt tầng điển hình cơng trình thể Hình Cơng trình cách chấn đáy sử dụng tổng cộng 15 gối cách chấn đàn hồi cốt sợi FREI đặt đài móng bên hệ dầm đỡ toàn chân cột Vị trí gối cách chấn vị trí chân cột Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 sử dụng gối cách chấn FREI Cột dầm mơ hình phần tử thanh; sàn mơ hình phần tử Gối cách chấn FREI mơ hình phần tử link dạng rubber isolator Mơ hình cơng trình nhà khung BTCT sử dụng gối cách chấn FREI (đã chia phần tử) mơ Hình Hình Mặt tầng điển hình cơng trình kết cấu khung BTCT ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA GỐI FREI Các gối cách chấn đàn hồi cốt sợi FREI có kích thước 310310100 mm chế tạo từ lớp cao su nằm xen kẽ, gắn kết với lớp sợi carbon hai hướng (0o /90o ) Mỗi gối cách chấn gồm 18 lớp cao su, lớp dày mm 17 lớp sợi carbon, lớp dày 0.55 mm Các thông số chi tiết đặc trưng vật liệu gối cách chấn FREI cho Bảng Hình Vịng lặp trễ gối FREI Bảng Vật liệu gối FREI Thông số Giá trị Mô đun cắt cao su, G, (MPa) 0.90 Mô đun đàn hồi gối, E, (GPa) 40 Hệ số poisson gối, µ 0.20 Ứng xử ngang gối cách chấn chịu đồng thời áp lực thẳng đứng 5.6 MPa chuyển vị ngang vịng lặp có độ lớn tăng dần đến giá trị thiết kế 135 mm phân tích mơ hình số sử dụng phần mền ANSYS v.14.0 nghiên cứu N.V Thuyet et al (2017) Kết vòng lặp trễ gối cách chấn FREI thể Hình Các giá trị Hình sử dụng để khai báo đặc trưng học gối FREI mơ hình hệ cách chấn Hình Mơ hình cơng trình nhà khung BTCT sử dụng gối cách chấn FREI PHÂN TÍCH ĐỘNG ĐẤT CƠNG TRÌNH CHỊU 5.1 Gia tốc trận động đất Trong nghiên cứu này, gia tốc trận động đất El Centro, bang California, Hoa Kỳ xảy năm 1940 với độ lớn 6.9 độ richter lựa chọn Tải trọng động đất gán MƠ HÌNH CƠNG TRÌNH theo phương X cơng trình, phương Y làm Cơng trình nhà khung BTCT mơ tương tự nên khơng trình bày kết hình khơng gian 3D phần mềm nghiên cứu Gia tốc trận động SAP2000 cho hai trường hợp: móng cứng đất El Centro thể Hình 57 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 KẾT LUẬN Nghiên cứu trình bày hiệu cách chấn cơng trình nhà khung BTCT thấp tầng sử dụng gối cách chấn đàn hồi cốt sợi FREI so với cơng trình móng cứng chịu trận động đất El Centro, Hoa Kỳ (1940) phân tích mơ hình số sử dụng Hình Gia tốc trận động đất phần mềm SAP2000 Các kết luận rút từ El Centro, California, Hoa Kỳ (1940) nghiên cứu sau: Đỉnh gia tốc sàn chuyển vị tương đối 5.2 Kết bình luận tầng cơng trình sử dụng gối cách Kết phân tích động theo thời gian cho chấn FREI giảm đáng kể so với giá trị tương cơng trình nhà khung BTCT hai trường ứng cơng trình móng cứng Điều cho hợp cơng trình móng cứng cơng trình sử dụng gối cách chấn đàn hồi cốt sợi FREI chịu thấy cơng trình sử dụng gối cách chấn FREI gia tốc trận động đất El Centro an toàn giảm hư hỏng đáng kể động đất xảy so với cơng trình móng cứng thể Bảng Đỉnh gia tốc sàn cơng trình sử dụng Bảng So sánh ứng xử nhà khung gối cách chấn FREI có giá trị gần xấp xỉ BTCT chịu động đất theo chiều cao, đó, đỉnh gia tốc sàn cơng trình móng cứng tăng lên Nhà sử Nhà tầng cao dụng Thông số Đỉnh gia tốc sàn tầng 1, (m/s 2) Đỉnh gia tốc sàn tầng 3, (m/s 2) Đỉnh gia tốc sàn tầng 5, (m/s 2) Đỉnh chuyển vị tương đối tầng 1, (mm) Đỉnh chuyển vị tương đối tầng 3, (mm) Đỉnh chuyển vị tương đối tầng 5, (mm) móng cứng 0.39g 0.60g 0.81g gối FREI 0.18g 0.14g 0.20g 19.40 6.77 21.49 6.14 9.94 2.59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Từ Bảng cho thấy đỉnh gia tốc sàn tầng đỉnh chuyển vị tương đối tầng cơng trình nhà khung BTCT sử dụng gối cách chấn đáy FREI giảm đáng kể so với giá trị tương ứng công trình móng cứng chịu gia tốc trận động đất El Centro Ngoài ra, đỉnh gia tốc sàn cơng trình sử dụng gối cách chấn FREI có giá trị gần xấp xỉ theo chiều cao, đó, đỉnh gia tốc sàn cơng trình móng cứng tăng lên tầng cao Như vậy, cơng trình nhà khung BTCT sử dụng gối cách chấn FREI an toàn giảm hư hỏng đáng kể động đất xảy so với công trình móng cứng 58 [1] Lê Xn Huỳnh, Nguyễn Hữu Bình (2008) "Nghiên cứu cơng nghệ chế ngự dao động kết cấu cơng trình nhà cao tầng phù hợp điều kiện xây dựng Hà Nội", Báo cáo tổng kết đề tài, mã số 01C-04/09-2007-3, Viện KHCN Kinh tế Xây dựng - Việt Nam [2] Ngo Van Thuyet, A Dutta, S K Deb (2017) "Evaluation of horizontal stiffnes s of fibre reinforced elastomeric isolators", Earthquak e Engineering and Structural Dynamics, Vol 46, pp 1747-1767 [3] Ngô Văn Thuyết, Phạm Thu Hiền (2017) "Ứng xử ngang gối cách chấn đàn hồi FREI hình vng", Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên, Trường Đại học Thủy lợi, (tháng 11/2017), tr 69-71 [4] Nguyễn Xuân Thành (2006) "Hiệu đệm giảm chấn chế ngự dao động kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng động đất", Tuyển tập Hội nghị Khoa học Toàn quốc Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ VIII ... móng cứng cơng trình sử dụng gối cách chấn đàn hồi cốt sợi FREI chịu thấy cơng trình sử dụng gối cách chấn FREI gia tốc trận động đất El Centro an toàn giảm hư hỏng đáng kể động đất xảy so với cơng... sử dụng gối cách chấn FREI Cột dầm mơ hình phần tử thanh; sàn mơ hình phần tử Gối cách chấn FREI mơ hình phần tử link dạng rubber isolator Mơ hình cơng trình nhà khung BTCT sử dụng gối cách chấn. .. trình sử dụng Bảng So sánh ứng xử nhà khung gối cách chấn FREI có giá trị gần xấp xỉ BTCT chịu động đất theo chiều cao, đó, đỉnh gia tốc sàn cơng trình móng cứng tăng lên Nhà sử Nhà tầng cao dụng