NGHIÊN CỨU KHOA HỌC THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT

THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH ĐỘNG ĐẤT

1 ĐẶT VẤN ĐỀ Năm 2006 bộ xây dựng đã ban hành tiêu chuẩn thiết kế công trình chòu động đất 375 : 2006. Trong đó, phần lớn tiêu chuẩn yêu cầu tính toán dựa vào đường phổ phản ứng. Bên cạnh đó, phương pháp phân tích lòch sử thời gian cũng khuyến khích được dùng. Cả hai phương pháp này còn khá mới mẻ ở Việt Nam so với phương pháp tải trọng ngang tónh tương đương. Hiện nay, các phần mềm tính kết cấu Sap2000, Etabs là những phần mềm rất quen thuộc với các kó sư kết cấu và chúng đều có thể tính được công trình chòu động đất theo ba phương pháp trên một cách chính xác và nhanh gọn. Tuy nhiên, các kó sư vẫn gặp khó khăn khi áp dụng vào tính toán vì sự phức tạp của bài toán động lực học khi áp dụng vào từng công trình cụ thể. Nếu không hiểu rõ vấn đề có thể dẫn đến những sai sót rất nghiêm trọng trong thiết kế. Chương 1. TỔNG QUAN. 1.1 MỞ ĐẦU. Nước ta hầu như không chòu thiệt hại nhiều do động đất gây ra. Trước kia khi chất lượng đời sống chưa cao, khi thiết kế công trình, các kó sư kết cấu hầu như không kể đến tác động do động đất gây ra. Ngày nay cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu về những công trình có sự an cao ngày càng tăng, đòi hỏi người kó sư phải thiết kế công trình có kể đến tác động của động đất. Trong năm 2006, bộ xây dựng đã ban hành TCXDVN 375 : 2006 " Thiết kế công trình chòu động đất ". Tuy nhiên trong tiêu chuẩn chỉ đưa ra cách thức chung để tính toán, và phần lớn phải dựa vào đường phổ phản ứng được thiết lập cho mỗi vùng đất. Để tính toán bằng tay theo phương pháp này mất rất nhiều thời gian và công sức, nhiều khi không thể thực hiện được một cách chính xác nếu không có sự trợ giúp của các phần mềm máy tính. một số luận văn cao học của trường ĐH Bách Khoa TP Hồ Chí Minh cũng có đề cập đến vấn đề này như : luận văn thạc só của Võ Bá Tầm, luận văn thạc só của Ngô Vi Long, luận văn thạc só Nguyễn Công Dân… đều đề cập đến quy trình tính toán động đất tuy nhiên hầu hết đều đưa ra quy trình tính toán bằng tay với những hệ số rất khó xác đònh và sự ứng xử động học của kết cấu chưa được kể đến đầy đủ. 1.2 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI. Mục tiêu của đề tài là đưa ra một quy trình tính toán tác động của động đất lên công trình theo 3 phương pháp được đề cập đến trong tiêu chuẩn thiết kế công trình chòu động đất của Việt Nam. Đề tài vừa đưa ra cơ sở lý thuyết để phục vụ cho việc tính toán bằng tay và đưa ra cách thức khai báo trong phần mềm tính kết cấu chuyên dụng Sap2000, Etabs. Chủ yếu là Etabs và ứng dụng cho nhà cao tầng với những hình thức kết cấu phổ biến như khung, vách. Đề tài không xét đến ảnh hưởng tính chất của nền đất, móng và tầng hầm đến công trình khi chòu động đất. Giới thiệu chung về động đất. Sự hình thành động đất : động đất có liên quan đến sự tỏa ra một khối năng lượng rất lớn từ một vò trí nhất đònh, nơi đó có thể nằm sâu trong lòng đất. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự phát sinh khối năng lượng gây ra động đất, nhưng nguyên nhân cơ bản là sự chuyển động tương hỗ không ngừng của các khối vật chất nằm f i W i V y i 2 sâu trong lòng đất để thiết lập một thế cân bằng mới, được gọi là vận động kiến tạo, và động đất là hậu quả của vận động kiến tạo đó. Điểm phát ra năng lượng của một trận động đất được gọi là chấn tiêu, hình chiếu của chấn tiêu theo phương đứng lên mặt đất được gọi là chấn tâm. Khi động đất xảy ra, năng lượng từ chấn tiêu truyền ra môi trường xung quanh dưới dạng sóng đàn hồi vật lý : sóng dọc, sóng ngang và sóng mặt. Tất cả các sóng này do động đất gây ra gọi là sóng đòa chấn. Khi động đất xảy ra, do ảnh hưởng của sóng đòa chấn, nền đất bò kéo, nén, xoắn, cắt nên có thể bò mất ổn đònh, kết quả sau khi sóng đòa chấn đi qua, nền đất có thể bò lún sụt, sụp lở và hóa lỏng. Các công trình nằm trên nền đất đó sẽ bò phá hoại Trong trường hợp nền đất ổn đònh, công trình đặt trên nền đất sẽ xuất hiện các phản ứng ( chuyển vò, vận tốc, gia tốc ) và nội lực của công trình nói chung là vượt quá nội lực đã tính toán tónh. Đây là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sự phá hoại và hư hỏng của công trình nằm trong vùng động đất. 1 Chương 2 TÍNH TOÁN TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT THEO MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP 1.3 PHƯƠNG PHÁP TẢI TRỌNG NGANG TĨNH TƯƠNG ĐƯƠNG. 1.3.1 giới thiệu chung. Đây là một phương pháp tính toán tác động của động đất đơn giản nhất vì yếu tố ứng xử động học của công trình không được kể đến một cách đầy đủ trong tính toán. phương pháp tónh đã thay thế tác dụng của các loại tác động ngẫu nhiên bằng những lực tónh tương đương. Lực tónh này được tính toán phụ thuộc vào các yếu tố như : hệ số khu vực theo bản đồ phân vùng động đất Z; hệ số mức độ quan trọng của công trình I; hệ số nền S; hệ số loại kết cấu K; chu kỳ dao động của công trình T; khối lượng tính toán của công trình W. Lực tác động được quy thành lực tập trung tại móng, lực tập trung tại móng này sẽ được phân bố theo phương đứng cho các tầng nhà. Cách phân bố này phụ thuộc vào tiêu chuẩn tính toán của từng nước quy đònh. Hiện nay tồn tại một số cách phân bố phổ biến sau. + Lực ngang tác động vào mỗi tầng của công trình tỉ lệ với khối lượng của tầng đó và chuyển vò ngang của tầng đó: . . i i i i i w y f V w y = ∑ Trong đó, y i là chuyển vò ngang từng tầng. Một số tiêu chuẩn cũ tính toán lực cắt tại móng với một số dạng dao động cơ bản. Sau đó cũng phân lực cắt trong từng dạng dao động cho các tầng theo nguyên tắc như trên. Lực ngang tác dụng tại mỗi tầng trong từng dạng dao sẽ được tổ hợp lại để được lực ngang cuối cùng tại mỗi tầng theo nguyên tắc “căn bậc hai của tổng bình phương”. 3 + nếu xem chuyển vò ngang thay đổi tuyến tính theo chiều cao công trình, sự phân bố lực cắt giống như hình kim tự tháp lật ngược, tỷ lệ với cao trình mỗi tầng tính từ móng h i . . . i i i i i w h f V w h = ∑ + hiệp hội ứng dụng công nghệ (1982) đã đề nghò một phương pháp gần đúng chính xác hơn, phản ánh ảnh hưởng của mô hình nhà cao hơn : . . k i i i k i i w h f V w h = ∑ trong đó giá trò của k phụ thuộc vào chu kỳ dao động T của công trình được lấy như sau: (a) k = 1 đối với công trình có T < 0,5s (b) k = 2 đối với nhà có T ≥ 2,5s (c) k = 1÷ 2 được nội suy tuyến tính cho nhà có chu kỳ T = 0,5 ÷ 2,5s. Sau đó các bước tính toán nội lực, ứng suất, chuyển vò được tính toán tương tự như bài toán tónh học với một lực tónh ngang tác dụng tại mỗi tầng. 1.3.2 Sử dụng phần mềm tính kết cấu Sap2000, Etabs để tính tác động của động đất theo phương pháp tải trọng ngang tương đương. Trong phạm vi đề tài, chỉ giới thiệu cách tính tải trọng ngang tương đương theo tiêu chuẩn xây dựng thống nhất UBC 1994. Thực hiện các bước sau để khai báo cho việc tính toán: Define/ Static Load Cases. Lựa chọn Type (QUAKE) / Lựa chọn Auto Lateral Load (UBC 94) Chọn Modify Lateral Load… để khai báo các thông số cho việc tính toán. (xem Hình 1.1) 4 Hình 1.1. khai báo theo tiêu chuẩn UBC 94 Tác động của động đất được quy thành lực ngang tương đương tại móng. . . . W Z I C V W R = Trong đó: + R w - là hệ số hiệu chỉnh phản ứng. Nó đánh giá khả năng chống chòu lực chấn động của động đất mà không bò sụp đổ. Độ lớn của nó được phụ thuộc vào loại và vật liệu của kết cấu, khả năng chống lại lực ngang của hệ. Giá trò cho bằng số của Rw được cho trong bảng 1.1 và 1.2 Phụ lục 1 + W là tổng tải trọng tónh của công trình và thành phần tải khác có thể gây tác dụng đến công trình. + Z - là hệ số đòa chấn phân theo vùng với các giá trò từ 0,4 trong vùng 4, 0,3 trong vùng 3, 0,2 trong vùng 2B, 0,15 trong vùng 2A, 0,075 trong vùng 1 và 0 trong vùng 0. Giá trò phù hợp của Z được đònh nghóa cho Ustate bởi một bản đồ phân vùng được chia thành từng vùng biểu thò 5 cấp độ của động đất. + C - là một hệ số biểu thò mối quan hệ với chu kỳ dao động cơ bản của kết cấu (T), bao gồm hệ số ứng sử của kết cấu tại vò trí xây dựng S, C được cho bởi mối quan hệ sau: 2 /3 1, 25.S C T = Một giá trò thấp hơn: C= 0,075.R W được áp dụng cho sự không ổn đònh của những kết cấu có chu kỳ dao động dài, chòu sự rung động lớn của nền đất. Một giá 5 trò lớn của C=2,75 đưa ra một cách tính toán tải trọng chấn động đơn giản, nơi mà việc tính toán chu kỳ dao động riêng của kết cấu và hệ số ứng xử của kết cấu - vò trí xây dựng S không phù hợp với thực tế. + S là hệ số của vò trí xây dựng vói giá trò 1,0; 1,2; 1,5 và 2 được đònh nghóa như sau 1,0 - cho mặt cắt đòa chất của đất với cả 2 loại sau: i) đất có đặc tính cứng như đá được xác đònh bởi vận tốc sóng cắt lớn hơn 2500 ft/s hoặc những sự xác đònh phù hợp khác. ii) đất cứng, nặng ở độ sâu bé hơn 200ft 1,2 - cho đất nặng và cứng nơi độ sâu của đất vượt quá 20ft,đất bùn mềm hoặc có độ cứng trung bình nhưng không lớn hơn 40ft, bùn mềm 2,0 - cho đất có mặt cắt đòa chất lớn hơn 40ft bùn mềm có đặc tính được xác đònh bởi vận tốc sóng cắt ít hơn 500ft + I - là hệ số quan trọng với 4 thuộc tính của công trình sau: tính chất công trình, sự nguy hiểm của công trình, sự đặc biệt của công trình, và cấp của công trình. Tính chất và sự nguy hiểm của công trình được xem là quan trọng với hệ số 1,25. Trong khi tính chất đặc biệt và cấp của công trình được cho phép bằng 1,0. Tính chất nguy hiểm và đặc biệt của công trinh cần thiết cho sự xác đònh công trình sẽ được cho trong điều 305 và 306 của tiêu chuẩn UBC. + T - chu kỳ dao động cơ bản của kết cấu. Lực cắt phân bố dọc theo chiều cao nhà Công thức tính lực cắt tại móng như trên không chỉ ra được cách mà lực cắt phân bố dọc chiều cao công trình, lực cắt tại móng sẽ được phân bố cho từng tầng của công trình theo công thức sau: 1 ( ) . . t x x x n i i i V F W h F W h = − = ∑ Trong đó: W, h – khối lượng và chuyển vò ngang của tầng x. V – lực cắt tại móng. F t – lực ngang phụ thêm ở đỉnh nhà. gia tốc lớn nhất tại tầng nào của công trình thì tỉ lệ với chuyển vò phương ngang của các tầng đó. Lực chấn động tác động tại mỗi tầng bằng tích của khối lượng đưa phân bố cho tầng đó với gia tốc theo phương ngang của tầng đó. 6 F'x Wx hx V V hx Wx Fx <=> F t Thay vì quy tất cả thành lực phân bố F’ x , người ta đã chuyển một phần lực phân bố thành lực ngang tập trung đặt tại đỉnh nhà F t , và lực phân bố lúc đó là F x < F’ x . Ft được cho: Ft= 0,007 T.V , Phần còn lại của lực cắt cơ sở (V - Ft) được phân bố như một hình tháp lật ngược trên suốt chiều cao công trình. Sự xoắn Mô men xoắn theo phương ngang tại mối tầng được xác đònh bằng tích số của lực cắt tại mỗi tầng và kết quả độ lệch tâm được tính toán từ tâm khối lượng và tâm cứng của mỗi tầng. Độ lệch tâm ngẫu nhiên được lấy bằng 5% kích thước mặt bằng(plan dismension) của công trình và vuông góc với phương của lực cắt, việc cộng thêm mômen xoắn ngẫu nhiên để tính toán cả những sai sót có thể gặp trong khi tính toán độ cứng của các cấu kiện trong kết cấu và sự phân bố khối lượng trong mối tầng. Chỗ nào tồn tại sự xoắn không đều, độ lệch tâm ngẫu nhiên có thể tăng thêm bởi một hệ số khuếch đại Ax Lực cắt và mômen của tầng Lực cắt tại bất kỳ tầng nào là tổng của tất cả lực ngang tại tầng đó và phía trên sàn tầng đó. Mômen lật tại bất cứ tầng nào là tổng các mômen do lực cắt chấn động tại mối tầng gây ra phía trên sàn tầng đó. Mômen lật và lực cắt được phân bố trên những cấu kiện chống lại tải trọng ngang tỷ lệ với độ cứng của chúng, thông thường đối với công trình có bản sàn bằng bêtông hoặc kim loại có bêtông ở trên, thì thừa nhận rằng độ cứng của bản sàn là tuyệt đối. 1.4 PHƯƠNG PHÁP PHỔ PHẢN ỨNG. Đây là một phương pháp dự đoán phản ứng lớn nhất của hệ chòu tác động động đất dựa vào số liệu của các trận động đất xảy ra trước đó. 1.4.1 Cách xây dựng phổ phản ứng Để xây dựng phổ phản ứng của một vùng đất, người ta phải có các số liệu ghi lại được từ các trận động đất xảy ra trong lòch sử động đất của vùng đất đó. Các số liệu này thường được ghi lại dưới dạng giản đồ của gia tốc theo thời gian gọi là các băng gia tốc. Đem các băng gia tốc này lần lượt kích thích lên một chuỗi các hệ một bậc tự do có giảm chấn có chu kỳ dao động tự nhiên khác nhau. Với mỗi hệ đó, ta thu được một giá trò phản ứng cực đại trong suốt quá trình kích thích. Tập hợp các giá trò phản ứng cực đại đó lại ta được đường phổ phản ứng của một băng gia tốc. 7 Tiến hành tương tự với các băng gia tốc khác và ta cũng thu được các đường phổ phản ứng của mỗi băng. Các đường phổ phản ứng này rất gồ ghề, ta phải “mòn hóa” các đường phổ này để có được đường phổ phản ứng của vùng đất đó. Xem hình 2.1 Hình 2.1. cách xây dựng phổ phản ứng. Thông thường, người ta chỉ đo giá trò cực đại của chuyển vò. Vì vậy, chỉ thu được phổ phản ứng chuyển vò “thật”. Từ “thật” ở đây để phân biệt với từ “giả” của phổ phản ứng vận tốc “giả” và phổ phản ứng gia tốc “giả”. Vì 2 loại phổ này được suy ra từ phổ phản ứng chuyển vò trên cơ sở dao động của hệ một bậc tự do. Phương trình dao động có dạng: sin o u u t ω = . Giá trò phổ vận tốc được suy từ phổ chuyển vò : v d S S ω = hay 2 v d S S T π = Giá trò phổ gia tốc được suy từ phổ chuyển vò : 2 a v d S S S ω ω = = . 1.4.2 Lý thuyết tính toán. Giá trò chuyển vò cực đại tổng quát của dạng dao động n: . n n dn n L Y S M = Với S dn là giá trò nội suy được từ phổ chuyển vò ứng với chu kỳ T n và hệ số giảm chấn trong mode thứ n. Gia tốc Phổ phản ứng Gia tốc 0 T 1 T 2 C h u k y ø Max Max Max Gia tốc đất nền Ứng xử của hệ với chu kỳ T 1 Ứng xử của hệ với chu kỳ T 2 T T h ơ ø i g i a n T = 0,1s T = 2,4s y o y o m Giảm chấn y F y + y o K 8 1 N n j jn j L m φ = = ∑ và 2 1 N n j jn j M m φ = = ∑ . Với m j , jn φ - khối lượng, hàm dạng chuyển vò tại tầng j trong dạng dao động thứ n. Chuyển vò cực đại tại tầng j của mode n: . . n jn dn jn n L u S M φ = Giá trò lớn nhất của lực ngang tại tầng thứ j trong mode n: . n jn an j jn n L f S m M φ = Trong đó : S an là giá trò nội suy được từ phổ phản ứng gia tốc ứng với chu kỳ T n và hệ số giảm chấn của mode n. Các giá trò nội lực, lực căt, mômen có thể được tính toán từ lực ngang bằng cách phân tích lực tónh. 0 1 N n jn j V f = = ∑ Có thể tính trực tiếp lực cắt cực đại tại móng công trình bằng công thức: an on n S V W g = ; W n : khối lượng hữu hiệu (một phần khối lượng) của công trình tham gia vào dao động thứ n. 2 1 2 1 N j jn j n N j jn j W W W φ φ = =       = ∑ ∑ với W j = m j .g - khối lượng tại tầng thứ j. g – gia tốc trọng trường Lực tập trung tại mỗi tầng có thể suy ra từ lực cắt tại móng: 1 j j on jn N j jn j W f V W φ φ = = ∑ Mômen cực đại tại móng: on n on M h V= với 1 1 N j j jn j n N j jn j h W h W φ φ = = = ∑ ∑ Tất cả các giá trò trên là phản ứng trong dạng dao động thứ n. Giá trò phản ứng tổng thể của kết cấu có được từ sự tổ hợp phản ứng của các dạng dao động. Tóm lại: ứng xử lớn nhất của hệ kết cấu nhiều tầng đã được mô hình hóa chòu tác dụng của chuyển động nền đất bằng phương pháp phổ phản ứng có thể được xác đònh theo các bước sau: 1) Xây dựng phổ phản ứng của nền nếu chưa được xây dựng sẵn 2) Xác đònh các đặc trưng động lực học của kết cấu a) Tính toán khối lượng và độ cứng m, k. b) Xác đònh hệ số giảm chấn ứng với mode n n ξ 3) Giải phương trình 2 K m φ ω φ = để xác đònh tần số giao động tự nhiên n ω và hàm dạng n φ . Thực chất đây là việc giải bài toán trò riêng của đại số tuyến tính. 9 4) Xác đònh ứng xử lớn nhất của mỗi mode a) Xác đònh S dn và S a n từ phổ chuyển vò và phổ gia tốc ứng với chu kỳ T n và n ξ b) Tính chuyển vò từng tầng. c) Tính biến dạng của tầng d) Tính lực ngang tác dụng tại từng tầng e) Tính nội lực, lực cắt, mômen bằng phươn pháp tónh dựa vào lực ngang từng tầng 5) Tổ hợp ứng xử từ các mode để có được ứng xử thực tế của kết cấu. 1.4.3 sử dụng chương trình tính kết cấu Sap2000, Etabs tính công trình chòu tác động của động đất theo phương pháp phổ phản ứng 2.2.3.1. Tải gia tốc Tải gia tốc được dùng để mô tả chuyển động của đất nền và được dùng để tính tải trọng cho công trình trong phương pháp phổ phản ứng và phương pháp lòch sử – thời gian. Khi đònh nghóa tải gia tốc, chương trình sẽ tự động tính toán cho cả 3 phương phụ thuộc vào độ lớn của gia tốc nền. Để có được tải gia tốc theo 3 phương, phải có khối lượng tương ứng theo 3 phương m x , m y , m z để tạo ra lực quán tính. Tải trọng này được tính toán cho từng cấu kiện và từng điểm và sau đó được tổ hợp lại trong toàn thể kết cấu. Tải trọng gia tốc tác dụng lên một điểm có giá trò ngược chiều với chuyển vò tònh tiến của khối lượng trong hệ tọa độ đòa phương. Nó có thể sẽ thay đổi trong hệ tọa độ tổng thể. Không thể tạo ra tải gia tốc hướng tâm mà chỉ có thể tạo ra tải gia tốc thẳng vì ta đang dùng hệ tọa độ thẳng vuông góc chứ không dùng hệ tọa độ trụ hoặc hệ tọa độ cầu. Tải gia tốc có thể tạo ra với tất cả các loại phần tử trừ loại phần tử Asolid. Tải gia tốc có thể thay đổi trong mỗi hệ tọa độ. Trong hệ tọa độ cố đònh (hệ tổng thể hoặc hệ thay thế), tải gia tốc được thiết lập theo chiều dương trục x,y,z và chúng luôn theo chiều của UX, UY,UZ. Trong hệ tọa độ đòa phương của phương pháp phổ phản ứng phương pháp lòch sử – thời gian, tải gia tốc có chiều dọc theo chiều dương của trục 1,2,3 thuộc U1, U2, U3. 2.2.3.2. Hệ tọa độ đòa phương của phổ phản ứng Mỗi phổ phản ứng có một hệ tọa độ đòa phương của riêng nó. Được dùng để xác đònh phương của lực do gia tốc nền gây ra. Hệ trục tọa độ đòa phương này biểu diễn bởi 3 trục 1,2 và 3. Được xác đònh dựa theo hệ trục tọa độ tổng thể X,Y và Z. Hệ tọa độ đòa phương có thể quay quanh trục Z của hệ tọa độ tổng thể. Trục đòa phương 3 luôn trùng với trục Z tổng thể . Trục 1 và 2 đòa phương sẽ trùng khớp với trục X,Y tổng thể nếu góc quay “ang” bằng 0. nói cách khác, hệ “ang” được tạo ra bằng cách quay trục 1 từ trục X theo chiều kim đồng hồ khi chiều dương của trục Z 10 đang hường về phía bạn. Ta có thể ấn đònh góc quay của hệ tọa độ đòa phương bằng cách nhập góc quay “Excitation Angle” khi đònh nghóa phổ phản ứng. Global X Y Z Z,3 Y XX 1 2 ang ang ang csys Hình 2.2. hệ trục tọa độ đòa phương của phổ phản ứng 2.2.3.3. Đường cong phổ phản ứng. Đường cong phổ theo mỗi phương được thiết lập từ các hàm có sẵn trong Etabs hoặc từ hàm do người thiết kế xây dựng. Tất cả các điểm của đường phổ phản ứng đều có hoành độ và tung độ lớn hơn hoặc bằng 0. Ta có thể xác đònh hệ số khuếch đại (Scale Factor) để khuếch đại tung độ của phổ gia tốc. Điều này rất cần thiết khi muốn thay đổi gia tốc nền tại mỗi nơi khác nhau. Nếu dải chu kỳ của phổ phản ứng không được đònh nghóa đủ cho dải chu kỳ dao động các mode của kết cấu, đường phổ phản ứng sẽ tự động được mở rộng cho những chu kỳ chưa được đònh nghóa. Gia tốc ứng với những chu kỳ đó là hằng số và có giá trò bằng với gia tốc tại điểm được đònh nghóa gần đó nhất. 2.2.3.4. Trình tự khai báo. Tiếp theo các bước khai báo thông thường cho mô hình kết cấu, cần thực hiện thêm các bước sau để khai báo cho việc tính tác động của động đất lên công trình. Bước 1. khai báo khối lượng riêng trong đònh nghóa vật liệu, bằng trọng lượng riêng chia gia tốc trọng trường. Bê tông: khối lượng riêng, Mass per unit volume : / 2.5 / 9.81 0.2548g ρ γ = = = T/m 3 Ta phải khai báo mục này vì chu kỳ dao động T được tính bằng công thức: 2 m T k π = . Do đó, nếu không khai báo khối lượng riêng hoặc khai báo giá trò m rất nhỏ dẫn đến giá trò k rất lớn, nên giá trò T mà chương trình tính toán sẽ rất bé. Vì vậy người thiết kế tưởng rằng công trình của mình đã đạt đủ độ cứng và chu kỳ T có được đã nằm trong phạm vò giới hạn. Gây nên sai số không an toàn khi thiết kế. Lưu ý: Khối lượng tham gia tính giao động: [...]... trò thực tế ứng xử của kết cấu Khi chương trình xuất ra chuyển vò hoặc nội lực của kết cấu, người thiết kế dễ nhầm lẫn đây là chuyển vò hoặc nội lực thật của kết cấu, ta chỉ nên xem đây là giá trò tham khảo cho việc thiết kế Phải kết hợp với phương pháp phân tích lòch sử – thời gian để biết ứng xử thật của kết cấu trong suốt quá trình xảy ra động đất để đưa ra một giá trò thiết kế phù hợp với tầm quan... thiết kế chỉ có thể dùng để tham khảo Vì mỗi vùng đất có một hình dạng băng gia tốc nhất đònh, phụ thuộc vào cấp động đất và đòa chất của vùng đất đó Máy tính sẽ mô hình hóa kết cấu và lập ra phương trình dao động của mỗi dạng dao động (mode) Ta có thể xác lập hệ số cản ứng với mỗi dạng dao động Sự biến thiên của gia tốc trong toàn bộ quá trình động đất sẽ được chia ra từng bước thời gian nhỏ để phân... thể của kết cấu bằng cách tổ hợp giá trò ứng xử từ các mode Xác đònh giá trò lực cắt, mômen tại móng 19 1.7 Trình tự phân tích Đầu tiên ta phải có số liệu ghi lại từ trận một trận động đất xảy ra trước đó tại vùng đất mà ta sẽ thiết kế công trình Số liệu này thường là giá trò biến thiên của gia tốc theo thời gian gọi là các băng gia tốc Việc mượn các băng gia tốc của vùng đất khác để thiết kế chỉ có... đặc điểm của công trình Phương pháp lòch sử thời gian đại diện cho 1 trong các phương pháp tinh vi nhất của việc phân tích được dùng cho thiết kế công trình Đây không đơn thuần là một công cụ thiết kế, nó giúp ta thấy được ứng xử thực tế của kết cấu tích lũy sau mỗi bước thời gian Nếu ta thực hiện việc phân tích phi tuyến, độ cứng của kết cấu sẽ giảm dần sau mỗi bước tính toán và ứng xử của kết cấu càng... của kết cấu do sự hình thành khớp dẻo Độ cứng của kết cấu sẽ được tính toán lại sau mỗi bước tính toán dựa vào kết quả của bước trứơc đó 1.6 Cơ sở lý thuyết Ta có thể lý tưởng hóa công trình N tầng thành hệ có khối lượng tập trung đặt tại mỗi tầng Phương trình chuyển động tổng quát của hệ N tầng & & & & & m.u + C u + K u = −m.1.u g (t ) Phương trình này không thể giải trực tiếp được Phương trình dao động. .. B3 theo thời gian Kết luận Thông qua 3 phương pháp tính công trình chòu động đất Ta có thể rút ra một số nhận xét sau Sự chính xác của 3 phương pháp tăng dần từ phương pháp tải trọng ngang tương đương, phương pháp phổ phản ứng, phương pháp lòch sử – thời gian Phương pháp tải trọng ngang tương đương đã thay tác động ngẫu nhiên bằng lực tónh tương đương Vì vậy, ứng xử động học của công trình không được... Phương pháp này phân tích dựa trên dao động của các mode nên ta phải kiểm tra lại các mode đã chọn đã đủ để diễn tả được dao động của kết cấu hay chưa: + số mode phải bao quát và chứa đầy đủ dải tần số dao động + sự tham gia động học của khối lượng các mode phải đủ cho tải gia tốc.(> 90%) + hình dạng của các mode phải đủ diễn tả được hình dạng dao động của công trình theo phương đang xét 1.9 Tải gia... ứng xử của kết cấu từ các dạng dao động khác nhau là một kỹ thuật có xác xuất chính xác nhất đònh Và trong một số trường hợp, có thể tạo ra những kết quả miêu tả không trọn vẹn ứng xử thực sự của kết cấu Phương pháp phân tích lòch sử thời gian khắc phục 2 nhược điểm này Nhưng nó đòi hỏi 1 khối lượng tính toán lớn Nó không đơn thuần là 1 công cụ để phân tích trong việc thiết kế của công trình Nó có... bước thời gian, ứng xử tổng thể của kết cấu được xác đònh bằng cách kết hợp ứng xử của tất cả các mode dao động N r (t ) = ∑ rn (t ) n =1 Tóm lại: ứng xử của một kết cấu gồm nhiều tầng được lý tưởng hóa chòu tác động của chuyển động đất nền có thể được xác đònh theo các bước sau: & & 1) Xác đònh gia tốc đất nền theo thời gian u g (t ) 2) Xác đònh các đặc tính của kết cấu : a) Tính toán khối lượng và... vào cho bước kế tiếp Cách kết hợp này loại trừ hoàn toàn được cách tổ hợp theo xác suất của phương pháp tổ hợp từ các dạng dao động trong phổ phản ứng Nhận xét ng xử của kết cấu với mỗi băng gia tốc sẽ khác nhau Để có được giá trò thiết kế cho kết cấu, ta phải chạy mô hình với rất nhiều băng gia tốc khác nhau điều kiện của Việt Nam không có điều kiện ghi lại được tất cả các trận động đất đã xảy ra . của đề tài là đưa ra một quy trình tính toán tác động của động đất lên công trình theo 3 phương pháp được đề cập đến trong tiêu chuẩn thiết kế công trình chòu động đất của Việt Nam. Đề tài vừa. với 4 thuộc tính của công trình sau: tính chất công trình, sự nguy hiểm của công trình, sự đặc biệt của công trình, và cấp của công trình. Tính chất và sự nguy hiểm của công trình được xem là quan. phân vùng động đất Z; hệ số mức độ quan trọng của công trình I; hệ số nền S; hệ số loại kết cấu K; chu kỳ dao động của công trình T; khối lượng tính toán của công trình W. Lực tác động được