Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu tương tác của hệ khung-móng-đất nền chịu tác dụng của động đất

NHIỆM VU - Panh giá kha năng mô hình ngàm chân cột trong phan m m PLAXIS 3D-2017- M6 ph ng và phân tích phan ứng khung không gian d t trên móng bè có xétđến tương tác đất n n kết câu SSI

NGUYÊN NAM KHÁNH

NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC CỦA HỆ KHUNG MÓNG

-DAT NEN CHIU TÁC DUNG CUA ĐỘNG -DAT

Chuyên ngành: Dia Kỹ Thuật Xây DungMã số: 60 58 02 11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHÍ MINH, tháng 06 năm 2019

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa —- ĐHQG - HCMCán bộ hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS LE BA VINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS CAO VĂN VUI

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lýchuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

GS TSKH Nguyễn Văn Thơ TS Lê Anh Tuấn

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ và tên học viên: NGUYEN NAM KHÁNH MSHV: 1770127Ngày, tháng, năm sinh: 01/09/1994 Nơi sinh: HuêChuyên ngành: Dia kỹ thuật xây dựng Mã sô: 60 58 02 11I TÊN DE TÀI:

NGHIÊN CUU TƯƠNG TÁC CUA HE KHUNG - MONG - DAT NEN CHIU

TAC DUNG CUA DONG DATRESEARCH ON SOIL — FOUNDATION — STRUCTURE INTERACTION

AFFECTED BY THE EARTHQUAKE

ll NHIỆM VU

- Panh giá kha năng mô hình ngàm chân cột trong phan m m PLAXIS 3D-2017- M6 ph ng và phân tích phan ứng khung không gian d t trên móng bè có xétđến tương tác đất n n kết câu (SSI) chịu các trận động đất thực c gia tốc n n0.35 g

- M6 ph ng và phân tích phan ứng khung không gian d t trên móng bè có xétđến tương tác đất n n kết cau (SSI) chịu các trận động đất nhân tạo c gia tốcnn0.2g

- - Đánh giá ảnh hưởng cuab dày m ng tới nội lực trong khung vàm ng khi cxX t tới tương tác SSI

- _ Đánh giá sử ảnh hưởng của tương tác đấtn n kết cấu lên chuk_ tự nhiên côngtrình

Ill NOI DUNG

- _ Chương 1: Tông quan- Chuong 2: Cơ sở lý thuyêt phân tích mô hình chịu tác dụng động dat, có xét

đến tương tác SSI

- _ Chương 3: Mô hình và tiễn hành đánh giá, nghiên cứu, phân t ch ảnh hưởngcua SSI lên công trình chịu động đất

- _ Kết luận và kiến nghị

IV.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11/02/2019

Vv NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU : 02/06/2019

VI HO VÀ TEN CÁN BỘ HUONG DAN: PGS TS Lê Bá Vinh

TP HCM, ngày tháng năm 2019

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO

TẠO

CÁN BO HUONG DAN 1 CAN BO HUONG DAN 2

PGS.TS Lé Ba Vinh TS Cao Van Vui PGS.TS Lê Bá Vinh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS Lê Anh Tuấn

LOIC MONLuận văn thạc si là bài luận cuối kh a, dau ra và kết qua hoc tập, nghiên cứu tronghai năm học Tác giả ngoài sự cô engvàn lực cua bản thân c n nhận được sựhướng dẫn, gi pd t thay cô gia đình, anh chi, bànb và đồng nghiệp.

Đầu ti n tác giả xin chân thành bàyt | ng biết ơn sâu s t đến Thay PGS TS LêB Vinh và Thay TS Cao Văn Vui Các thay đã gi pđ cho hướng nghiên cứu,cách tiếp cận khoa học, tạo mọi đi u kiện v may m c và thiết bị đ thực hiện luận

văn.

Tác giả cảm ơn anh Nguyễn Văn Nhân, anh Hu nh Qu c Thi n và anh PhạmQuang Sơn c ng như là các anh chị,bạnb c ngkh ađãch bảo v kiến thức, htrợ nhiệt tình và chân thành trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Cuối c ng tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu s c đến cha m_, những người đã luôn htrợ tối đav mọi m tđ tác giảc th hoàn thành ch ng đường gian khổ v aqua

Tác giả hy vọng bài luận văn này s là một tài liệu tham khảo hữu ch cho nhữnghọc viên và kỹ xu xây dựngc htmg th với hướng nghiên cứu này.M cd rất côg ng trong quá trình thực hiện nhưng không th tránh kh i những thiếu s t Tác giảmong muốn nhận được sứ g p_ của thay cô, bàn b , đồng nghiệp đ hoàn thiện đtài này.

TP HCM, ngày 02 tháng 6 năm 2019

Tác giả luận văn

Nguyễn Nam Kh nh

TÓMT TLUẬN VĂNTrong thiết kế công trình chịu động đất, thông thường người kỹ sư ch quan tâmcầu bên trên và xem chân cột là ngàm — Fixed Base đ t nh toán nội lực, chuy n vịcủa công trình Khi đ việc mô ph ng m ng vàn n bên dưới được tách riêng ho ckhông x t đến Đi u này dẫn đến những đ c đi m động học của công trìnhc sự khácbiệt với thực tế v chuk , độ cứng công trình, lực c t đáy và biến dạng trong côngtrình Hạn chế của phương pháp Fixed Base làn ch đ ng trong trường hợp mà kếtcau bên trên được d t ở trên n n tuyệt đối cứng như đá Trong khi kết cau lớn đ t trênđất yếu thì do sự biến dạng của n n tác động đến dao động của công trình,c ng nhưdao động công trình làm thay đối biến dạng của n n,ch ng tương tác qua lại và ảnhhưởng lên nhau nên được gọi là tương tác đất n n kết câu — Soil Structure interaction,sử dụng phương pháp FB đ phân t ch phan ứng kết cau không c nd ng trong trườnghợp này.

Ch nh vì vậy tác giả đã thực hiện đ tài “NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC CỦA HỆKHUNG - MONG - DAT NEN CHIU TÁC DUNG CUA ĐỘNG DAT” nh m xácđịnh ưu nhược di m của hai phương pháp SSI và FB.

BD đạt được mục đ ch trên, thì tác giả lựa chọn khung bê tông cốt th p 6 tang,m ngb đ ttrên nhi un n đất khác nhaut cứng đến m m, các thông số vật liệu chokết cau và n n đất ở Việt Nam, theo TCVN Tiến hành đánh giá ứng xử thông quaphân t ch ph tuyến lịch sử thời gian dựa trên các trận động đất thực tế và các trậnnhân tạo được xây dựng theo TCVN 9386:2012 nh hưởng cua SSI được đánh giáthông qua chuy n vị, chuy n vị ngang tương đối giữa các tầng, phố phản ứng gia tốccủa cong trình, chuk_ và lực c t đáy t nh toán.

Kết quả phân t ch nhận thấy, khi SSI được x t đến thì yếu tổ v chuy n vị, vàchuy n vị ngang tương đối giữa các tang tăng lên, gây bat lợi cho kết câu CC ngl cchuk tăng dẫn đến lực c t đáy giảm va phổ gia tốc của công trình giảm, thiên v clợi cho công trình Như vậy khi t nh toán va thiết kế một công trình chịu động đất nênáp dụng đồng thời cà 2 phương pháp FB va SSI

about and simulate the above structures, assigning the Fixed-Base to calculate theinternal forces and displacement Indeed, foundation and ground are neithersimultaneously simulated nor being considered Basically, the dynamiccharacteristics of the structure are different from the natural period, stiffness, shearforce and deformation A drawback of the Fixed-Base method is that it can only beapplied when the structure is built on rocky surface While large structures arefounded on either medium or soft soil, the deformation of the ground might affect thevibrations of the building and vice versa; those vibrations would affect the ground’sdeformation In other words, there exists an interaction between the structures andthe ground below which is called soil structure interaction or SSI.

In this study, the author has carried out the topic “RESEARCH ON SOILSTRUCTURE INTERACTION AFFECTED BY THE EARTHQUAKE” todetermine the advantages and disadvantages of two methods SSI and FB.

To achieve these goals, the author has selected a 6-storey reinforced concretestructure with raft foundation on various different ground varied from hard to softsoil and material parameters for structure and ground that comply with VietnamStandards - TCVN Additionally, time history analyses of these RC frame based onnatural and artificial earthquakes are built in compliance with TCVN 9386:2012.Theinfluences of SSI would be assessed through displacement, interstory drifts, pseudospectral acceleration of SDOF, natural period, and base shear.

The results of the analyses prove that if SSI is considered, there is an increment inthe displacement and interstory drifts which detrimentally influence on the structure.At the same time, the increase in natural period lead to the reduction of the base shearand PSA of the structure which would benefit the project In order to calculate anddesign earthquake-resistant buildings, therefore, FB and SSI methods are necessarilyapplied simultaneously.

LỜI CAM ĐOANLuận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn và phê duyệt của PGS.TS Lê BVịnh và TS Cao Văn Vui.

Các kết quả trong Luận văn là đ ng sự thật và chưa được công bố ở các nghiêncứu khác

Toi hoàn toàn chịu trách nhiệm v_ đ tài mình thực hiện

TP HCM, ngày 02, tháng 06, năm 2019

Tác giả luận văn

Nguyễn Nam Kh nh

MUC LUC

NHIEM VU LUẬN VĂN THAC Sl c.ccccsececesessssscscecescesecscscecscvevecscececeevevacaeeevevacees |MỞ DAU QQQ 0Q HH HH T TH TH TT HT HT TH ngu |TÍNH CAP THIẾT CUA DE TAL G6 SE E931 E3 vn geresed |MỤC TIEU NGHIÊN CỨU CUA DE TAL - 6-6 SE SE EeEsEeEeEeEEeEseserees |Y NGHĨA KHOA HOC CUA DE TAL ¿-G-G + E61 39128 EsEgEvsegvcgvgkei |PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - - - ESsEsEE 9E SE E388 E2 gi 2PHAM VI NGHIÊN CỨU - SE E 9E SE 93128 về 19v 31121 gi 2CHUONG 1 TONG QUAN 1 3[.1 Giới thiệu ChUng «c0 00 nọ re 31.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước v_ tương tác SSÌ 51.2.1 Trên Thế Giới G1 3919191 E9 919121 1E 111111111 1111211 ng gi 61.2.2 Ở Việt Nam G1191 11T 1111011 111g TH HT TH 8in 800 dỶdỶ®Od3ỎỞ® 9CHUONG 2 CO SỞ LÝ THUYET ĐỘNG HOC ĐÂTV_ TƯƠNG TÁC SSI 112.1 Động đất - c1 E11 51515115151101T1 1111111111111 111111111111 ưệu 112.2 Cơ sở lý thuyết động học dat c.cccccccccccscesssessesssessesesessesesessssesesseseseesssessseeeesen 132.2.1.S ng địa chẵn s1 E1 1515151311111 111111011 111111 111101111111 rrưyu 142.2.2 Công thức dao động - - œ0 gọn vn 14“560 a 152.2.4 Dao động tự O re 172.2.5 Phân t ch phản ứng địa phương «<< 1191 ng kg 182.2.6 Ứng xử biến dạng - ứng xuất phi tuyến của đất -555©55s55¿ 212.3 Cơ sở lý thuyết tương tác dat n n kết cau (SSI) chịu tác dụng của động dat 242.4 Phương pháp t nh cho hệ SSÌ << GG Q10 ng re 302.4.1 Phương pháp trực tiếp (FEM — DIRECT METHOD) -‹ 302.4.2 Phương pháp kết câu n n bên dưới (SUBSTRUCTURE METHOD) 33

2.4.3 Di u kiện biên cho mồ hình 2222233111111 1115555 xe 332.4.4 Mô hình vật liệu cho đất n _n s13 SE ESESEEESEsEEvrserkreree 352.5 Yếu tô đánh giá công trình khi x t và không x t đến SSI -. - 382.5.1 Yêu cầu chuy n vị ngang tương đối giữa các tầng theo TCVN 382.5.2 T nh toán lực c † đáy theo TCVN HH HH ng re 39CHUONG 3 MO HÌNH VÀ PHAN TÍCH NH HUONG TƯƠNG TÁC SSILEN CONG TRINH CHIU DONG ĐẤTT, G- cv EEEEEEEeESEsErErkrkrkrees 403.1 Đánh giá khả năng mô hình ngam chân cột trong PLAXIS 3D-2017: 403.1.1 Thông số mô hình: - ¿+2 S292 SE+E+EEE£E#EEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrkrkrreee 403.1.2 Mô hình ngam trong plaxis 3d va sap2000 nen 423.1.3 Nhận X ( -Q QHH H T vk 483.2 Công trình chịu các trận động dtc gia tốc n n 0.35g 5-5-: 463.2.1 Thông số mô hình: - ¿+ 25% 2E SESE£EEE£E#EEEEEEEE E121 rrree 483.2.2 nh hưởng tương tác SSI đến công trình - +25 ss+s+c£s+s+szceẻ 533.2.3 Nhận X ( HH HH TH kh 323.3 Công trình chịu các trận động dtc gia tốc n n 0.2g - 555: 823.3.1 Hiệu ch nh bang gia tốc thực theo pho mục LOU - <<< + 823.3.2 nh hưởng tương tác SSI đến công trình - 2-22 ss+s+c£s+s+szceẻ 843.3.3 Nhận X ( HH HH nh 1133.4 nh hưởng tương tac SSI đến quá trình truy n dao động trong đất n n 1133.5 Đánh giá anh hưởng củab daym ngc k đến tương tác SSI 1163.6 nh hưởng của SSI đến tan số tự nhiên của công trình, lực c t day 119KET LUẬN VA KIEN NGHỊ, - G- + E1 19121 về 1121 9E ng neo 123TÀI LIEU THAM KH O -G SG E53 39198 31 11v gi 127

DANH MỤCHNH NH

Hnh lIPháảh ydod ngã tgadyra Nh tB ntrong 2 tr n Tohuku và Kobe [1],[ 2Ì HH Họ nọ 4

Hnh l2 Pháh ydod ngã †tgâyra Mi và Trung Qu c [3] 4

H nh I3 Công trnhc x t n tương tac SŠÏ cĂ Sex 5H nh 2.1 Nguyên nhân h nh thành tr n ấ ng ở f ~S<<<<<<<<2 11Hnh2.2 Mô h nh phantchk tc us d ng b ng ghi gia f CN " IlHnh23S ngkh ia)S ng Pb)S ng S (Kramer, 1996) .cccccccccccccccccccccccccceeeeseeeees 14Hnh24S ngm ta)S ng Rayleigh )S ng Love (Kramer, 1996) - 14

Hnh2.5 K chthchd ngd ttrénh m tb ct ido (Clough & Penzien, 1993) 15

Hnh2.6 nhhe ngc ac niênh daod ng tiido (Chopra, 2007) 18

H nh 2.7 Truy ns ng trong Ì pd ng nh tdanh i (Kramer, 1996) 19

Hnh2.8 Khu ch đ ic G1 pd ng nh tC C teecccccccssscccccccccccceessssssssssssnnceeeeeesseeeeees 20Hnh2.9 ngx tr cad tdu it itr ngl p (Laera & Brinkgreve 2015) 22

H nh 2.10 Mô dunc t,G, ngv ibind ngc ty gâyrab il_cc t t(Bradnt,H nh 2.11 Vucetic & Dobry (1991) G/Ginax - Ye và Š - Ye (bi ud c a Guerreiro etM2727 — 23

Hnh 2.12 Mô hình v innm mecóh mtb cti ldo đ ng: (a) SDOF trên n nmm; (b)h được rời r cly tư ng trên n có có chuy n vi ngang, xoay và c_n; (C)tông chuy n VỊC AN Và kh ï lƯỢNG SG S11 rra 25Hnh2l3 nhhư ngc ats d c ngvàt s kh iluonga)t ns tUnhién và b)ts cncah SSI(h= lv= 0.33, € = 0.025, € = 0.05) (Kramer, I1996) 30

Hnh2.14 Ph n ngc ah SDOF tương đương, xem xét SSI (h = 1,v = 0.33, € =0.025, š, = 0.05):chuy nvil nnh tc akh iluvongtuongv iv idaod ng t ldo(WOLf, LOSS ).cccccccccccscccccsssscccessseeeessseeeeessneeeeesesseeeeesseeeeeeeeeeseesaseeeesesseesessaeaeeseeseaaeeees 30H nh 2.15 Mô hình ph nt hituh nc aSSI cho phương pháp phán t ch tr_c ti p31H nh 2.16 Tương tacd †—Kk tc ud ngv tcông th CK tC Hph 33

Hinh 2.17 Ph n† tÌ ldO Ă Ăn ke 35Hnh2.18 B ng thông s cho mô h nh LE trong PLAXIS 3]D-2017 37

Hnh2.19 ngx bind ng—dđ cngcadtvivngbind ngdinhnh thnghị m trong ph ng vak tc u (Atkinson & Sallfors (I991)) «<< <2 36

Hnh3.1B ng théngs kchthư cd m,c t trong PLAXIS 3D 4]

H nh 3.2 Mô h nh được mô ph ng trong ph nm mph nt hituh na) SAP2000 b)PLAXIS 3D-201 nh 42

H nh 3.3 Khung không gian 1 t ng, I nhịp chiut itr ng phanb ad u 10 kNm trênd ma) Khung b) Khung ch tt ic) PLAXIS 3D-2017 d) Sap2000 42

H nh 3.4 Mô men trong d m 2-6 và 3-7 a) Sap2000 b) PLAXIS 3D-2017 43

Hnh 3.5L Cc ttrong d m 2-6 và 3-7 a) Sap2000 b) PLAXIS 3D-2017 43

Hnh3.6D v ngc ad ma) Sap2000 b) PLAXIS 3D-20Ï7 <<< +5 43H nh 3.7 Mô men trong d m 2-3 và 6-7 a) Sap2000 b) PLAXIS 3D-2017 44

Hnh3.8 Licc †trong d m 2-3 và 6-7 a) Sap2000 b) PLAXIS 3D-2017 44

H nh 3.9 Khung không gian 6 t ng, 3 nhịp chịu † itr ng phanb ad u 50 kNm trênd m biên a) SAP 2000 b) PLAXIS 3)-22 Ï7 11v kg re 45H nh 3.10 Băng giat cn nc atr nd ng ä t KoCaelia)nh p trong Sap2000 b)nh p trong PLAXIS 3D-2O17 ooccccccccc cece EEE EEE EEE EEE 45H nh 3.11 Gant itr ngd ng đ ta) Trong Sap2000 b) Trong PLAXIS 3D-2017 45

H nh 3.12 Mô men trong d m biên truc I va A a) Sap2000 b) PLAXIS 3D-2017 46

Hnh3.13 Licc ttrongd m biên tr c 1 va A a) Sap2000 b) PLAXIS 3D-2017 46

Hnh3.14D v ngc ad mbiéntr c Ivà A a) Sap2000 b) PLAXIS 3D-2017 46

H nh 3.15 Công tr nh chịu † itr nợ đ nợ đ t, đáy dự ¡ được gant id ned t 47

Hnh3.16D thịth hi n chuy n vi tương A ¡ giữa Các t g 47Hnh 3.17 Khung mô ph ng trong PLUAX IS 3Ì Ă.«xxtrreereeeeeree 49Anh 3.18 M tc ttr C X-Z mÔ Ï Ih SG ng 49Anh 3.I9M tc ttr C Y-ZmÔ H HẪ SG ng 49Hhnh 3.20 Lư iph nt sau khi Mesh trong PLAXÌIS ĂSĂ S2 50H nh 3.21 Băng gia t c Christchurch (P€GF)) SG 1 ikkksseesessse 52H nh 3.22 Băng gia t C Kobe (P€€T) G9991 1111111 vn kg v2 52H nh 3.23 Băng gia € KoCqell (P€@T) 0010 111v kg 1 232 52

Hnh 3.24 Mô h nh 3D C A CONG AI HỈH S1 111v v11 rret 53

H nh 3.25 Gan chuy nvicu ngb c—t† itr ng ned tt tDiên 53

Hnh 3.26 V ng nh hit ng Ì nc A CÔNG fF HÏ eĂĂĂSSSSSSS+ +2 53H nh 3.27 Dịch chuy nc An n bên dự 1 do A ng EA <<<5 53H nh 3.28 Chuy n vic acéng tr nh khi không x tvac x td ntuong tac SSI (tr n0//17/1119//1/744/7PEERSERSR “11 52

Hnh3.29D I cht ng chon n FB và SSI-LE (tr n Christchurch) 57

Hnh3.30D 1 cht ng chon n FB và SSI-HSS (tr n Christchurch) 56

Hnh 3.31 Phố ph n ngc a công tr nh trên äđ tn nA,B,C, D-LE (tr nd ng đ t0//17/1119//1/744/7PEERSERSR “11 ó0H nh 3.32 Phố ph n ngc a công tr nh trên äđ tn nB, C, D-HSS (tr nd ng ẩ t0/211 e.( EEE EH ó0H nh 3.34 Licc ttrongc tx † và không x tSSIn nã tdanh iLE (tr n0//17/1119//1/744/7PEERSERSR “11 61

Hnh3.35 LLcc ttronge tx tvakhéng x tSSIn nd t đàn d o HSS (tr n0//17/1119//1/744/7PEERSERSR “11 61

H nh 3.36 Mô men trong c tx t và không x tSSIn nd tDanh i(Tr n0//17/1119//1/744/7PEERSERSR “11 ó2H nh 3.37 Mô men trong c tx t và không x tSSIn nd t Đàn d o phi tuy n(Tr n0//17/1119//1/744/7PEERSERSR “11 ó2H nh 3.38 M tb ng Cad A C † + TH ĂĂ Ăn cv 63H nh 3.39 Mô men d i 1-I di quac t trong dai,n n bên dự is dngméhnhd tLE (Tr 1 Clr istChu 70 0/aaaa Aaa 63Hnh 340 Licc td idiquac ttrongdai,n nbéndu is d ng mô h nh ä t LE(Tr 1 ChrFLSfCHUPCH), Q0 Tớ 64H nh 3.41 Chuy nvic a công tr nh khi không x tvac x td ntương tac SSI (tr nKODE) ) 0 PẼẼẺẽaAa.a .Aaáasãaãaa - -(cca ó6Hnh3.42D I cht ng chon n Fb và SSI— LE (tr n Kobe - 68

Hnh3.43D 1 cht ng chon n FB và SSI-FHSS (tr n Kobe) -«- 69

H nh 3.44 Licc t†trongc tx tvakhéng x tSSIn n đàn h i(tr n Kobe) 69

Hnh 3.45 Licc ttronge tx tvakhéng x tSSIn ndand o (tr n Kobe) 69

CHristChurch SC(1Ï© ), SG G3300 11800111 100000 TH 00c 79H nh 3.58 Mô men trong c tx t và không x tSSln nd t Đàn d ö phi tuy n(Tr nCHristChurch SC(1Ï© ), SG G3300 11800111 100000 TH 00c 79H nh 3.59 Mô men trong c tx t và không x tSSIn nd tĐành iLE (Tr n

4.7108 Ẽ0ẼẼ8e 60H nh 3.60 Mô men trong c tx t và không x tSSln nd t Đàn d o phi tuy n HSS

H nh 3.61 Mô men di qua c t biên trong dai,n nbéndu is d ngméhnhd t LE(TT 1 KOC(©ÏH) Ă SG SG G0 ng 00v 6ÏHnh 3.62 Licc tdiquac t biên trong đài, n n bên dư is d ng mô h nh ä tLE

H nh 3.63 Phố m c tiêu đi a trên TCVN 9386:2012 -2- + 2552 cs+s+ccsscscse 83

H nh 3.64 Phố m c tiêu va Phổ trung b nhc a3 tr NA ng ẩ t 83H nh 3.65 Băng giat ctr n Kobe hi u CH HỈ ccc S555 Eeseeeeessss 83H nh 3.66 Băng giat ctr n Kocdeli hi CH Hh ccĂcSSSesseseessss 54H nh 3.67 Băng giat ctr n Christchurch hi u Ch THH ằ S555 SSS+++<<<+sss3 54H nh 3.68 Chuy n vic acéng tr nh khi không x tvac x td ntương tac SSI (tr nKOC $C(1Ï©) Ặ.QQ SG G G0 n0 0000 cv 56Hnh3.69D 1 cht ng chon n FB và SSI-LE (tr n Christchurch hi uch nh) 66Hnh3.70D 1 cht ng chon n FB và SSI-HSS (tr n Christchurch hi uch nh) 89H nh 3.71 Pho ph n ngc acéng trnhtrénd tn nA, B, C, D-LE (tr nd ng đ tChristchurch hi U Ch nN) ecccccccccccccccccccccsssccccccccsseecccccccseeeccceccuueeeccceeseuueeeecsessaeeeeeeees 90H nh 3.72 Phố ph n ngc a công tr nh trên äđ tn nB, C, D-HSS (tr nd ngd t0//7/111//7/749/8,/18/5,8,/,00nn.h Ö4 90Hnh 3.73 Liec f†trong trong c tx †và không x † SSI (tr n Christchurch scale) 91H nh 3.74 Licc ttrong trong c tx †và không x t SSI (tr n Christchurch scale) 91H nh 3.75 Mô men trong c tx t và không x t SSIn n đàn h i (tr n Christ scale) 92H nh 3.76 Mô men trong c tx t và không x t SSIn ndand o (tr n Christ scale).92H nh 3.77 Mô men di qua c t biên trong dai,n nbéndu is d ngméhnhd t LE(Tr 1 CHist SCALE) HHa A1 93H nh 3.78 Licc tdiquac t biên trong dai,n nbéndu is d ngméhnhd tLE(Tr 1 CHist SCALE) HHa A1 93H nh 3.79 Chuy n vic acéng tr nh khi không x tvac x td ntương tac SSI (tr nKObe SCLC) ecccccccccccccccccccceeseeccccccuenseeccccccuseseccccescueeecccesscueeeccsesuuuaeecccessuunecesseuaeeeeeeees 95Hnh3.80D 1 cht ng chon n FB và SSI-LE (tr n Kobe hi uch nh) 97Hnh3.81D 1 cht ng chon n FB và SSI-HSS (tr n Kobe hi u ch nh) 99H nh 3.82 Phố ph n ngc a công trnhtrénd tn nA, B, C, D-LE (tr nd ng đ tKobe Ai U CHÍ HH), Q0 n0 100H nh 3.83 Phố ph n ngc a công tr nh trên äđ tn nB, C, D-HSS (tr nd ng ẩ tKobe Ai U CHÍ HH), Q0 n0 100H nh 3.84 LLcc ttronge tc x †và không x t SSIn ndanh ¡(tr n Kobe scale)

CHriStcChurch SCALE) cccccccccccccccccssccccccccccssseeccccccusssecccccccueeeeccsecuuuesecccessuuneecceesuuaneeeess IllH nh 3.98 Mô men trong c tx t và không x tSSIn nd t Đàn d o phi tuy n HSS(Tr 1 CHriStChur ch ) SG n0 IllH nh 3.99 Mô men di qua c t biên trong dai,n nbéndu is d ngméhnhd t LE(Tr 1 KOC@©ÏHl SC(ŒÏ©) Q0 112Hnh 3.100 Licc tdi quac t biên trong dai,n nbéndu is d ng mô h nha tLE(Tr 1 KOC@©ÏHl SC(ŒÏ©) Q0 112Hnh3.101 Giat ct ib m tkhéng nh hư ngc ak tc u(tran Christchurch) 114H nh 3.102 Giat ct itamdaym ng bi nhhie ng cc AK tC U 114Hnh 3.103 Giat ct ib m tkhéng nh hư ngc ak tc un n đàn d o (trânCR IStChHurch) oo cccccccccccccccccccccccccseeecccccccsseeccccccuseeccccscuuueeeccssseuueneccsessuuansecceseueneeeeess 115

H nh 3.104 Giat ct ib m tkhéng nh hư ngc ak tc un n đàn d o (trânCR IStChHurch) oo cccccccccccccccccccccccccseeecccccccsseeccccccuseeccccscuuueeeccssseuueneccsessuuansecceseueneeeeess 115H nh 3.105 Mô men cc ac t thay đổi theo b dày M NGuecccccesesescsssseseseseseecseseeee 117H nh 3.106 Lic c ttrong c t thay đổi theo b day C AM ng - 117H nh 3.107 Mô men cc ab thay đổi theo b dày m ng - sec: 118Hnh 3.108L'cc tc ab thay đổi theo b dày m NGiececccccccsssesescssssseseseesseseseeee 118H nh 3.109 Công tr nh chịu † nh t (NAN t € thỜI ««ccceeeeeeeees 119H nh 3.110 Dao d ng tidoc a mô h nh trong d tn n A-LE 119H nh 3.111 Daod ng tidoc a mô h nh trong d tn n D-LE 120

DANH MỤC B NGBI U

B ng 3.1 N ille và chuy n vị trong d mm 2-6 VÀ Ÿ-Z xx+teeererreerrs 43Bng3.2^N ille và chuy n vi trong A 1 2-3 VÀ Ố-Z ++sxttterrrrererrs 44B ng 3.3 N (lle và chuy n vi trong A Ï VÀ Â cc++eeeeeeeeeeeeeres 46B ng 3.4 Chuy n vị tương d i giữa các t ng trong 2 mô h nh Sap2000 và Plaxis722/7 < 4a.LU g 47B ng 3.5 Các lo id tn n theo TCVN 9366:2012 - trch d nm t ph " 50B ng 3.6 Thông s A tn n frong M6 ph Hg cccc St ttesseeeessss 5S]B ng 3.7 Băng giat c đ ng ä †(PEE)) kg 1x2 52B ng 3.8 Chuy n vị tay td ic a các † ng khi chịu tr n Christchurch 54Bng39T 1 % chênh Ì ch giữa LE, HSSv ingam chân c † theo f ng f ng trongmô h nh khi chiu tr n CFLSfCHUTCÌH SG Gv ve 59Bng3 I0 I cht ng giữa ngàm chân c †và mô h nh SSI-LE (tr n Christchurch)

1 57B ng3.11%DPD I cht ng giữa ngàm chân c †và mô h nh SSI-HSS (tr n

0//17/1119//1/744/7PEERSERSR “11 56B ng 3.12 Chuy n vị tay td ic a các † ng khi chịu tr n Kobe 64B ng 3.l3t Ì %chénh I ch giữa LE, HSS v ingam chân c ttheot ng t ng trongMO h nh Khi CHIU tr KO© LG HS ve 66B ng 3.1l4%D I cht ng giữa ngàm chân c tvaméhnh SSI-LE (tr n Kobe) 67Bng3.l5%D I cht ng giữa ngàm chân c †và mô h nh SSI-HSS (tr n Kobe) 68B ng 3.16 Chuy n vị tay td ic acact ng khi chịu tr n Kocaeli 73B ng 3.17T | % chênh l ch giữa LE, HSS v ingam chân c ttheot ng t ng trongmô h nh Khi chit tr N KOC(©ÏH -c cv Ki ve 74B ng3.18P I cht ng giữa ngàm chân c † và mô h nh SSI-LE (tr n Kocaeli) 75B ng3.19 D I cht ng giữa ngàm chân c † và mô h nh SSI-HSS (tr n Kocaeli) 77Bng3.20H s till cho các bang gia c được hi uch nh TCVN 83B ng 3.21 Chuy nvituy td ic acác † ng khi chịu tr n Christchurch hi u ch nh&4B ng 3.22T | % chênh l ch giữa LE, HSS v ingam chân c ttheot ng t ng trongmô h nh khi chịu tr n Christchurch hi u CH HÌH Ăc cv ss S7

B ng3.23D I cht ng giữa ngàm chân c † và mô h nh SSI-LE (tr n Christchurch//0/83,8/,750 7007575 .e 4ji:L¬a ÃÁTẠIIsãỐ 1{41Œz% 66B ng3.24%D I cht ng giữa ngàm chân c †và mô h nh SSI-HSS (tr n

0//7/111//7/749/8,/18/5,8,/,00nn.h Ö4 69B ng 3.25 Chuy n vị tay td ic a các † ng khi chịu tr n Kobe hi H ch nh 94B ng 3.26t 1 % chênh I ch giữa LE, HSS v ingam chân c † theo † ng t ng trongmô h nh khi chịu tr n Kobe hi U ch nhiiiceccccccccccccccccssccccssccccssccccsccccssscccsscceseccesseenes 96B ng3.27%DPD I cht ng giữa ngàm chân c †và mô h nh SSI-LE (tr n Kobe hi uCP NN) ecccccccccccccccccccccsssecccccccussecccccscuseeeccceecuueseccccssuuueeecccessuuuneeccseseuaeecesssuueeeceeeseuanners 97Bng3.28%DPD I cht ng giữa ngàm chân c † và mô h nh SSI-HSS (tr n Kobe hi uCP NN) ecccccccccccccccccccccsssecccccccussecccccscuseeeccceecuueseccccssuuueeecccessuuuneeccseseuaeecesssuueeeceeeseuanners 98B ng 3.29 Chuy n vị tay td ic acact ng khi chịu tr n Kocaeli hi uch nh 104B ng 3.30T | %chénhl ch giữa LE, HSS v ingam chân c ttheot ng t ng trongmô h nh khi chịu tr n Kocaeli hi u ch nhviccicceccccccccccsccccssccccssscccssccccsscccsscccessceeneecs 105B ng3.31D I cht ng giữa ngàm chân c † và mô h nh SSI-LE (tr n Kocaeli hi uCP NN) eccccccccccccccccccccccssesecccccccusseecccccccuseeeccceccuueeecccssuuueeeccesesuuueeeccesseuueccesseuuaeeeeseeeeues 107B ng3.32D Ï cht ng giữa ngàm chân c †và mô h nh SSI-HSS (tr n Kocaeli hi uCP NN) eccccccccccccccccccccccssesecccccccusseecccccccuseeeccceccuueeecccssuuueeeccesesuuueeeccesseuueccesseuuaeeeeseeeeues 108Bo ng3.33T s t Inhiênc acéng tr nh khi x tva không x t SST 120B ng3.34LLcc tday,t s lec tdayc annc x td nSSIv itngàm chân c ttrong MON rh CANN 7520008 ố.ố.ốố.ố.ố.ố.ố 121B ng 3.35 Lice tday,t s lec tdayc annc x td nSSIv itngàm chân c ttrong MO h nh đàn d O-HSS Q00 0 11 1 kh 121

Ch vi (tt (SSI

FBPGAPSASDOFE-SDOFMDOFRSNLEHSSFEMBTCTPEER

K_hiuVs30C

V

Y

Rp

EpRs

Rsc

Es

CGsT

XVII

DANH MUCK HIEUVACH VI TT T

Tương tac giữa đất n n và kết câu (Soil-structure interaction)Chan cột ngàm cứng vào dai

Gia tốc đ nhPhố phản ứng gia tốcHệ một bậc tự doHệ một bậc tự do tương đươngHệ nhi u bậc tự do

Số hiệu trận động đất.Mô hình đất n n đàn hỏi tuyến t nhMô hình đất n n Hardening soil small strainPhương pháp phân tử hữu hạn

Công trình bê tông cốt th pTrung Tâm Nghiên Cứu Động Đất Thái Bình DươngVận tốc sóng c t trong chi u sâu 30m, m/s

Hệ số cảnHệ số poissonTrọng lượng riêng của vật liệuCường độ chịu n n của bê tôngMô đun biến dạng của bê tôngCường độ chịu k o của th pCường độ chịu n n của th pMô đun biến dạng của thepT số cản của hệ

Mô đun c t của đấtChuk_ tự nhiên của khung

TINH CAP THI T CUA DE TAINgày nay với su phát tri n của máy t nh và các phương pháp số như phan tử hữuhan, phan tử biên gi p cho người kỹ suc th môph ng ứng xử kết câu van n đấtmột cách giống thực tế nhất M cd_ vậy kết cau bên trên vàn nm ng bên dưới ttrước tới nay vẫn được kỹ sư trong nước phân t ch một cách tách biệt.T đi u trênthôi thúc việc học viên áp dụng vào việc mô ph ng day đủ công trìnht kết cấu chođến móng,n n bên dưới đ t đ phục vụ trong việc phân tích, đánh giá rủi ro trongthiết kế công trình ở những v ngc_ khả năng xảy ra động dat.

MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU CỦA ĐÈ TÀI

Đánh giá khả năng mô hình ngàm chân cột trong phần m m PLAXIS 3D-2017Mô ph ng và phân tích phản ứng kết cau mô hình khung không gian đ t trên móngbèc x tđến tương tác đất n n kết cầu (SSI) chịu các trận động đất thực c gia tốcn n0.35g

Mô ph ng và phân tích phản ứng kết cau mô hình khung không gian đ t trên móngbèc x t đến tương tác đất n n kết cấu (SSI) chịu các trận động đất nhân tạo c giatốc n n0.2g

Đánh giá ảnh hưởng cuab day m ng tới nội lực trong khung vam ngkhic x ttới tương tác SSI

Đánh giá sử ảnh hưởng của tương tác đất n n kết cấu lên chu k_ tự nhiên côngtrình

NGHĨA KHOA HOC CUA DE TÀI

V_ phương diện mo ph ng và phân t ch cho khung không gianc th sử dụngPLAXIS 3D-2017 thay cho việc sử dụng Sap2000 nếu tuân thủ theo nhưng tiêu chđược đ cậpt hướng dant PLAXIS

La tài liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập, nghiên cứuv mô hìnhc x t đếnứng xử đồng thời của khung — móng —n n (SSI) cho những công trìnhc địa chat ởviệt nam, phải áp dụng t nh toán động đất.

Bài luận vans gi p người đọc đánh giá được nghĩa khi ứng dung SSI vào phânt ch kết cấu, n n đất Ứng xử SSIh trợ người kỹ sư thiết kế đảm bảo được nhữngyêu cầuv không sụp đồ ho c là yêu cau hạn chế hu h ng theo TCVN 9386:2012PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, thu thập các tài liệu nghiên cứu trước đây liên quanđến tương tác kết câu đất n n (SSI) chịu tải trọng động đất

Nghiên cứu v_ lý thuyết phương pháp phan tử hữu hạn (FEM) trong phân tích bàitoán địa kỹ thuật nói chung và bài toán SSI nói riêng

Phân tích kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường, sử dụng các công thứctương quan đ cóth c được thông số đầu vào đất n n cho bài toán phân tích b ngphương pháp phan tử hữu hạn

Mô ph ng công trình được xây dựng trên địa chất ở Việt Nam,t đ c đượcchuy n vị biến dạng, lực c t đáy và pho phản ứng gia tốc công trình, nội lực trongm ngkhic x tvà không x t đến SSI Phục vụ mục đ ch đánh gia so sánh trong thiếtkế và nghiên cứu

PHẠM VI NGHIÊN CỨUAp dụng cho các công trình xây dựng có móng nông tiêu bi ulam ngb trênn nđịa chất ở Việt Nam

Bài nghiên cứu tuân theo những yêu câu kỹ thuật, tiêu chu n ở việt nam

Động đất di nrah ng ngày trên trái đất,c th là sự rung động rat nh_ không thcảm nhận cho tới đủ khả năng đ phá hủy hoàn toan một thành phố Ch ng là mộthiện tượng tự nhiên, mà con người khi đối m t luôn cảm thay sợ hãi va kinh hoàng.Trên thế gidit những năm sau công nguyên đến thời trung cô con người đã ghi nhậnđược những tác hại khung khiếp t động đất Năm 1138, động đất Aleppo ở Syriamạnh 8.5 độ làm 230,000 người chết Năm 1556, động dat Thi m Tây với cường độ8.3 độ, giết chết 830,000 người di n ra ch trong 20s Năm 1920, đại thảm họa độngđất Kanto, b t nguồn t trận động đất 7.9 độ Richter gây ra hàng loạt thảm họa nhưs ng thân, sụp đồ công trình gây h a hoạn lan rộng làm 142,800 người chết ho c matt ch Gần 100 năm sau, vẫn tại Nhật Ban, trận động đất Tohoku với cường độ lên đến9.1 độ Richter xảy rak o theo một loạt các chu i thảm họa như s ng than,! đất làmchết 15,893 người vac ng void là gián tiếp gây rar rìph ngxạt nhà máy HatNhân Fukushima, mà đến giờ ch nh phủ Nhật bản m inămb hangt USD đ xửI C nở Việt Nam, theo nghiên cứu của Nguy n Xuân Mãn và cộng sự (2011) c

1645 trận động đấtc độ lớn M >3 độ Richter đã xảy ra trên kh p đất nước Nhữngtrận động đất lớn c ng xảy ra như năm 1923, v ng ngoai khơi nam trung bộ xảy ratrận 6.1 độ Richter năm 1935, Việt Nam ghi nhận 2 trận động đất với độ lớn M = 6.7+ 6.8 độ Richter ở Điện Biên, gây hư hại n ng cho 30% số nhà xây ở Điện Biên, ởSơn La các tường nhà bị nứtn t vai milimet đến 10 cm Năm 1983, 1 trận động đất6.8 độ Richter lại di n ra Sơn La.

Coburn và các cộng sự (1992) đã tiến hành một nghiên cứu v_ các trận động đấtxảy ra trên thé giới t năm 1990 đến 1992 Nghiên cứu cho thấy c đến gần 75% cáctrường hop tử vong khi động đất xảy ra là do sự sụp đồ của công trình Trong d ,trường hợp tử vong do sự sụp đồ của các công trình BTCT chiếm 7% tổng số trườnghợp tử vong do sự sụp đồ công trình Nghiên cứu trong khoảng thời gian ng n nếuphân t ch k o dải t xa xưa đến nay thì thiệt hại v người do sụp đồ công trình c nlớn hơn rất nhi u Do đ dự báo động đất (Earthquake prediction) làn lực được

nhi u thế hệ nha địa chan học hướng đến thực hiện, nh m dự báo thời gian, địa đi m,cường độ và các tính trang khac,k cả xây dựng ra phương pháp dự báo như phươngpháp VAN (VAN method) Song mục tiêu chính cần đạt là đánh giá nguy cơ xảy rađộng đật của t ng vùng,th hiện ở bản đồ phân v ng nguy cơ động đất Hiện vẫnchưa dat được dự báo chot ng vụ, nghĩa là động đất là một thiên tai chưath dự báotrước được Những người sống ởv ngc nguy cơ động đất khôngth tranhn được.Cách tốt nhất d bảo vệ sinh mang, tài sản của con người, ch nh là thiết kế khángchan cho các công trình n m trong v ng xảy ra động đất.

Hinh LI Phah ydod ngã tgadyra Nh tB ntrong 2tr n Tohuku và Kobe

[1], [2]

: Ũ j W- '

wt mgt EMBER « Sess > aes —~

Hình 12 Pháh ydod ngã t†tgâyra Mi và Trung Qu c [3]Kỹ sus căn cứ trên tiêu chu n kháng chan sở tại mà tiễn hành thiết kế Thườngs b qua yếu tô đấtn n bên dưới mà trực tiếp coi kết cau bên trên được liên kết cứngvới móng công trình (liên kết ngàm — Fixed Base), bởi theo một số tiêu chu n hiệnhành, tương tác đấtn n kết câu - SSI được xem là có lợi Đi ud c th dẫn đến phảnứng được phân tích ra không phải là phản ứng thực tế của công trình khi động đất xảy

của hệ kết cầu va ảnh hưởng trực tiếp đến nội lực c ng như chuy n vị của kết cau Vìvậy, anh hưởng của SSI đến phản ứng của các kết cau, m ng,n n chịu động đất cầnphải được nghiên cứu và đánh giá một cách kỹ càng đ c biệt là đối với các công trìnhđược xây dựng trên các v ng đất yếu.

Ở Việt Nam da phần những công trình được thiết kế theo tiêu chu nc ho c làthiết kế mà khôngk_ đến tương tác SSI Nhà chủ yếu là khung bê tông cốt th p, tườnggạch khi thiết kế quan tâm nhi u đến cường độ chịu lực của cầu kiện mà tt nh toánđến biến dạng và chuy n vị trong công trình, c ng như ứng xử của m ngn n bêndưới khi chịu động đất Bài luận văn này tác giả s dựa theo tiêu chu n kháng chanViệt Nam và đi u kiện đất n n Việt Nam đ phân t ch cho một công trìnhc chi ucao 18m với m ngb c x tvà không x t đến tương tac SSI

1.2 Tnhh nh nghiên c utrongv ngo inu cv tuwongt c SSINguyên ch nh gây ra tương tác đất n n kết cau ch nh là sự mất 6n định của m ngdo biến dang tự do của n n và ảnh hưởng của phan ứng động của m ng — kết cautrong việc di chuy ncuan n bên dưới.T đ thình thành hai tương tac

- Pương tác động lực học

- Tương tác quán t nhC nhi uphương pháp và mô hình đ t nh toán, phân t ch ảnh hưởng của các hiệuứng trên tiêu bi u là phương pháp trực tiếp sử dụng FEM và phương pháp kết caun n bê dưới (Substructure method) s được n ir trong mục [2.4].T n n tảng trênnhi u tác giả trong và ngoài nước đã áp dụng đ tiến hành phân t ch tương tac SSI.1.2.1 Trên Th Gi i

Năm 1987, Wolf cho ra đời quy n sách Dynamic soil — structure interaction phannao hoàn thién | thuyết va phương pháp d ng phân t ch tương tac SSI

Rodriguez va Montes (2000) đã nghiên cứu anh hưởng của SSI đến phan ứng địachan và mức độ hu hại của các công trình Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một mồ hìnhkết cau đơn giản dưới tác dụng của một trận động đất đi n hình xảy ra tại thành phốMexico vào năm 1985 đ phân tích ảnh hưởng của SSI qua các thông số là chuy n vịđ nh và sự tiêu tán năng lượng của mô hình kết cấu Kết quả của nhóm nghiên cứucho thay r ng ảnh hưởng của SSI trong hầu hết các trường hop được xét tới là khôngđáng k_.

Dutta và cộng sự (2004) đã tiễn hành nghiên cứu phản ứng của công trình thấptầng khi chịu động datc x ttương tac SSI Sử dụng mô hinhn nl xo—m ng— kếtcau Kết quả nghiên cứu cho thay SSI làm tang đángk lực c t đáy, Lực c t địa chando tính linh hoạt của đất thường giảm khi độ cứng của đất giảm và số lượng tầng côngtrình tăng SSI chịu nhi u nhi phối của tan số

Jarernprasert và đồng nghiệp (2012) đã tiến hành nghiên cứu v_ sự ảnh hưởng củatương tác giữa kết cau và đất n n (SSI) đến phản ứng chảy d o của hệ một bậc tự do(SDOF) trong không gian bán đàn hồi chịu tác dụng của các trận động dat lay t cácbản ghi tại California và Mexico Nhóm nghiên cứu ch rar ng, đối với các kết cầuphi tuyến, SSIcóth dẫn đến yêu cầu v cường độ lớn hơn và tổng chuy n vị lớn hơnso với trường hợp n n đất được x t đến là cứng

Một năm sau, Hamid và cộng sự (2013) tiễn hành nghiên cứu tương tác SSI đếnkhung bê tông cốt thép 10 tầng theo tiêu chu n AS3600 tựa trên m ng băng n m trên3 loại đất n n khác nhau theo tiêu chu n AS1170.4 Phân tích lịch sử thời gian cho 2

Nhận thấy t số của lực c t day giữa mô hìnhc vakhénge SSIđ unh hơn l trongcả 2 trường hop đàn hồi và phi đàn hồi kết cau Tuy nhiên, những ch số này lớn hơnvà gan | hơn trong phân t ch phi đàn hồi so với phân t ch đàn hồi So sánh interstorydrifts trên 3 n n đất Ce, De va Ee cho trường hợp đàn hồi và không đàn hồi Nhậnthay r ng interstory drifts của mô hình có SSI không khác nhi u so với mô hình khôngdùng SSI trên n n đất Ce Mô hình n m trên n n đất Ce thì vẫn còn an toàn Tuynhiên, trong cả 2 trường hợp đàn hồi và không đàn hồi, thì interstory drifts của môhìnhc x t đến SSI trên n n đất De tăng vượt quá 1.5%.

C_ng trong năm đ_,Osman và Abdelmonem (2013) tiến hành nghiên cứu 2 khungbê tông chịu uốn, đại diện cho công trình trung tang và cao tang Tòa nhà trung tangcó 6 tang với tong chỉ u cao là 24 m, tòa nhà cao tang có 13 tầng vớ tong chi u caolà 52 m Phân t ch tương tac SSI của những toàn nha được chọn trên những n n datkhác nhau được thực hiện đ khảo sát ảnh hưởng của n n đất đến phan ứng của kếtcau Kết quả nhận được và được xem x t đánh giá là chuy n vị đ nh của cả 2 côngtrình với những trường hợp phân tích và những loại đất n n khác nhau.T kết quảphân tích nhận thấy tương tác đất n n kết cau rat quan trọng đối với tòa nhà cao tangvà trung tầng Mô hình LE ước tính thấp giá trị chuy n vị ngang của tòa nhà Tuynhiên, mô hình HS-small dự đoán chuy n vị ngang lớn hơn, đối với nhứng tòa nhàcao tầng Với đường cong phố phản ứng, rõ ràng tất cả phố gia tốc giảm trong phântích phi tuyến so với phân tích tuyến tính Ứng xử nay th hiệnr ràng trong trườnghợp tòa nhà chịu trận động đất Parkfield, đối với n n đất C và D trong cả phân tíchtuyến tính và phi tuyến Trường hợp tòa nhà chịu trận động đất Chi-Chi trong phântích LE, phố gia tốc được ghi tain n của công trình n m trên đất loại B cho thay lớnhơn so voit a nhà được xây dựng trên đất n n loại C Tuy nhiên, giá trị nhận đượcvới n n loại D (cát rời) hầu hết gap 2 lần n n đất B và C bởi vì sự v ng m t của cản

tr vật liệu và độ giảm của module c t đất Trường hop sử dụng mô hình HS-small,

cản tr vật liệu khiến phố gia tốc giảm đ c biệt đáng k với dat n nC và D.Trongphân tích phi tuyến, ứng xử d o và tái b n của đấtloại De nghĩa đángk được ch

ra trong phản ứng n nm ng và đường cong chuy n vi ngang của nhà được cho là đãtạo ra giá tri can lớn hon, phản ứng của m ng, trong trường hợp n n loại D, thườnglành hon với đất loại C và B Tuy nhiên,n nc xu hướng linh hoạt với đất yếu,chuy n vid nh của công trình xây trên n_n loại C và D luôn lớn hơn xây trên n n loạiB.

1.2.2 VitNamỞ việt nam tương tac SSI vẫn c n khá mới m_, đa phan ch đi sâu vào kết cau bêntrên mà t quan tâm đến mô hình ứng xử đất bên dưới Việc nghiên cứu tương tác giữađất n n và kết cau nhận được sự quan tâm dang k những năm gần đây

Nguy n Văn Mỹ và cộng sự (2008) đã nghiên cứu phân t ch tương tac động giữađất n n - kết cấu do động đất tác dụng lên công trình cầu được đ t trên nhóm cọc.Lực tương tác giữa đất - cọc được mô hình như dầm trên n n phi tuyén Winkler sudụng lò xo Kelvin — Voigt c các | xo và hệ cản d t song song nhau va su dungphương pháp phổ phan ứng Công trình được d t trên n n đá nên tại vị tr m i cọcđược coi như ngàm cứng vào n n đá Kết qua của nghiên cứu ch rar ng khi x t đếnyếu tô tương tác giữa đất n n và kết cau (SSI) do động dat gây ra thì hiệu ứng lực tácdụng đến công trình được giảm đáng k T d , khi tnh toán cường độ chịu lực củakết cau kháng chắn s được giảm đáng k Hiệu ứng của tải trọng được dùng khi thiếtkế kháng chan cho công trình chịu tải trọng động đất chính là tại vị trí có lực c t vàmomen lớn nhất tại chân công trình xây dựng

Hà Hoàng Giang (2014) đã tiễn hành phân t ch ảnh hưởng tang cứng trong nhà caotầng chịu tải trọng động c_ x t đến SSI Kết quả cho thấy chuy n vị đ nh của côngtrình tăng lên khi x t đến SSI

Chu Quốc Th ng và cộng sự (2018) phân t ch phản ứng của khung không gian sửdụng m ng cọc chịu tải trọng động datc x t đến tương tác SSI Khung không gian9 tầng chịu tải trọng động đất ElCentro nh m so sánh sự khác biệt giữa mô hình SSIvới 4 trường hợpt_ đất yếu đến đất cứng và mô hình xem chân cột là ngàm (FBB).Trong mô hình tác giả sử dụngl_ xo và 1 thanh giảm chan liên kết vào m_ng đại diệncho đất n n Trong khoảng trước 10s phan ứng kết cau theo FBB và SSI dao động

2 phương sai khác đángk khi x t và không x t SSI Sai khác lớn nhất 17.3% tronglực c t chân cột.

C ng năm đ , Cao văn vui và cộng sự (2018) đã tiễn hành đánh giá khung BTCT4 tầng, 3 nhịp e x t đến SSI, khung được mô hình trong sap2000 b ng phan tử phituyến Link ứng xử tr theo mô hình Takeda, phân tích ngoài mi n dan hồi của khungBTCT và phân tích trong mi n dan hồi của đất chịu các trận động đất c cường độkhác nhau Kết quả phân tích nhận thay tầng 1 là tầng hư hại nhi u nhất, ít xảy ra hưhại các tầng trên cùng, sự hư hai ở hai cột giữa nhi u hơn ở hai cột ngoài ở cùng mộttang Với cường độ động đất 0.2g, khung không x t đến SSI hư h ng ở mức độ nhnhưng với khung e x t đến SSI tăng hư h ng lên mức độ v a, khôngc huh ngtrong dam ở các khung Với cường độ 0.25g, cả hai khung đ u huh ng ở mức độv a,nhung SSI làm ch số hư hại tăng lên Khi cường độ tăng lên 0.3g khung khôngc x tđếnSSIhưh ng ở mức độv a nhưng với khunge x t đến SSI tang hưh nglên mức độ n ng Với cường đột 0.35g trở lên, khung khôngc x tdén SSIhưh ngở mức độ n ng nhưng với khung c x t đến SSI tăng hu h ng lên mức độ sụp đồ.Tổng quát, do ảnh hưởng của hiệu ứng SSI, trạng thái hưh ng của khungc x tđếnSSI luôn ở mức hu h ng cao hơn so với khung không x t đến SSI

1.3 Nhận x tDựa trên những ưu, khuyết đi m của các nghiên cứu trên đây Tác giả nhận thấy ởViệt Nam đa phan các nghiên cứuc_ x t đến SSI thường thiếu đi yếu tô địa phương,dat n n ung xu dan hồi được mô hình h a dưới dạng I xoc độ cứng k và hệ số cảnc,chuak đến t nh chất đàn d o, quy luật tác động môđun c t— biến dạng trượt, yếutố cản,tr của đấtn n ảnh hưởng rất lớn tới phản ứng của công trình bên trên

T đ tác giả tiến hành nghiên cứu một công trình 6 tầng, khung bê tông cốt th pvới m ngb x t và không x t đến tương tác SSI Dat n n bên dưới lựa chọn theo tiêuchu n Việt Nam TCVN 9366:2012 gồm A,B,C,D tng với đá, catch t,s t nửa cứng,sodom m căn cứ trên ch số Nop Phân t ch thông qua 3 trận động đất thực gồm

Christchurch, Kobe, Kocaeli c chung gia tốc n n 0.35g và 3 trận động đất nhân tạoc giatốcn n là 0.2g Kết quả thu được d ng vào đánh giá những yếu tốv chuy nvị, chuy n vị ngang tương đối giữa các tầng, tần số tự nhiên, phố phản ứng của côngtrình, nội lực trong cột vab

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LY THUY T ĐỘNG HỌC DAT VÀ TƯƠNG TÁC SSI

2.1 Động đấtĐộng đất hay còn gọi là địa chấn là một sự rung chuy n hay chuy n động lung laycủa m t đất Hau hết mọi sự kiện động đất xảy ra tại các đường ranh giới của cácmảng kiến tạo là các phần của thạch quy n trái đất

V' lục địa A

H nh 2.1 Nguyên nhân h nh thành tr nd ng d tĐộng đất gây ra rung động gối tựa (tương đương với tải trọng động) làm cho khốilượng của kết câu được truy n một gia tốc nên phát sinh lực quán t nh đ t tại các khốilượng và lực này gây ra hiện tượng dao động.

H nh 2.2 Mô h nh phân † chk tc us dngb ng ghigiat cnn2.2 Thang do động dat

Các thang cường độ gôm: Richter, độ lớn mô men (Mw), Rossi-Forel (Viết t t RF),thang Medvedev-Sponheuer-Karnik (MSK), thang Mercalli (MM), thang Sindo nhậtban, thang EMS98 châu âu.

Thang đo Richter là một loại thang đ xác định sức tàn phá của các cơn động datThang độ lớn mô men (tiếng Anh: moment magnitude scale) là một cách đo độmạnh trận động đất được phát tri n năm 1979 bởi Tom Hanks va Kanamori Hiroo kétiếp thang Richter (thang độ lớn địa phương), và được sử dụng bởi các nha địa chanhọc đ so sánh năng lượng được phát ra bởi động đất

Thang đo Rossi-Forel là một loại thang cô đ phân loại cường độ của các con độngđất dựa trên những thiệt hại mà nó gây ra

Thang Medvedev-Sponheuer-Karnik, c n được biết đến như là MSK hay 64, là một thang đo cường độ dia chan diện rộng được sử dụng đ đánh giá mức độkhốc liệt của sự rung động m t đất trên cơ sở các tác động đã quan sát và ghi nhậntrong khu vực xảy ra động đất

MSK-Thang đo Mercalli là một loại thang đ phân loại các cơn động đất dựa trên nhữngthiệt hại nhìn thấy được của chúng

Thang cường độ địa chân Nhật Bản (hay thang địa chan JMA) là một thang địachân được sử dụng ở Nhật Bản va Dai Loan d do độ mạnh của các trận động đất.Đơn vị củan được gọi là shindo Khác với thang độ lớn moment, thang JMA naymiều tả cấp độ I c tại một đi mtrénb m t Trái Đất

Mô ta Độ Richter Tác hại Tans xảy raKhông đáng k < 20 động dat that nh ,| khoảng 8.000 lân

không cảm nhận | m i ngày (1 lần 10duoc giây)

Thật nh 2,0-2.9 thường không cảm | khoảng 1.000 lân

nhận nhưng đo |m ¡ngày (1 lần 1⁄2được phút)

Nh 3,0-3,9 cam nhận được | khoảng 49.000 lân

nhưng t khi gây |m i năm (160 lầnthiệt hại m ingay)

Nh 4,0-4,9 rung chuy n đô vật | khoảng 6.200 lân

trong nhà Thiệt |m inamhại khá nghiêm

trọng.

Trung bình 5,0-5,9 cóth gây thiệt hại | khoảng 800 lân

nng cho những |m inamkiến trúc không

theo tiêu chunphòng ng a địa

chân Thiệt hại nhcho những kiếntrúc xây cất đ ngtiêu chu n.

Mạnh6,0-6,9có suc tiêu hủy

mạnh trong nhữngvng đông dântrong chu vi 180km ban kinh.

khoảng 120 lânm inam

Rat mạnh 7,0-7,9Có sức tàn pha

nghiêm trọng trênnhững diện tích tolớn.

khoảng 18 lân m i

năm

Cực mạnh8 ,0-8,9Có sức tàn phá vô

cùng nghiêm trọngtrên những diệntích to lớn trongchu vi bán kínhhàng trăm km.

khoảng 1 lân m i

năm

Cuc k mạnh90-99Khả năng tàn phá

ngoài sức tưởngtượng trong phạmvi hàng nghìn kmvuông

khoảng 1 lân m i20 năm

Ngoại lệ10+Huy diệt mọi thứ,

không gì cóth trụvững trên diện tíchcả lục địa

cực hiểm (khôngrố)

Ch có thang MSK và thang MM mới quy đổi t d nh gia tốc n n sang cấp độngđất

Thang MSK-64 Thang MMCap dong dat |Đnh gia tocn n (a)g Cap dong dat |Đnh gia tocn n (a)g

V 0.012-0.03 V 0.03-0.04VI > 0.03-0.06 VI 0.06-0.07VI >0.06-0.12 Vi 0.10-0.15Vill > 0.12-0.24 Vill 0.25-0.30IX > 0.24-0.48 IX 0.50-0.55

X >0.48 X >0.60

2.3 Cơ sở lý thuy t động hoc dat

2.3.1 Sóng địa chấnTheo Kramer (1996) Sóng ứng xuất của động đất b t đầu truy n tronglópv tráiđất khi năng lượng của một trận động đất được giải ph ng S ng địa chan phân ragôm 2 loại chính: sóng khối và sóng m t Sóng khối bao gồm sóng P và sóng S vàtruy n ph a trong trái đất S ng P hay s ng sơ cấp truy nb ng cách nén và dãn liêntiếp môi trường Sóng S hay sóng thứ cấp gây ra biến dạng c t của môi trường, chuy nvị của hạt trong môi trường vuông góc với hướng của dao động Vân tốc truy n sóngphụ thuộc vào độ cứng đất Đất càng cứng khi chịu nén, sóng P truy n càng nhanh.Sóng m t là sự tương tác giữa sóng khối vàb m t của trái dat Sóng m t gồm sóngRayleigh và sóng Love và chúng di chuy ntrongb m t trái đất Sóngb m tchiếmưu thê ở nhưng nới xa nguôn

Undisturbed medium

Compressions Undisturbed medium

(b)(a)omeTin

m1 993tr nt!

khói lượng so với vitr ban đầu” Công thức dao động của hệ một bậc tự do cho dao

động tư do không cản cóth đượcth hiện như sau:

mii(t) + ku(t) =0 (2-1)

Trong công thức này, m và k là khối lượng và độ cứng của hệ, ii(t) là gia tốc vàu(t) là chuy n vi của Thông thường, nhi u bậc tự do được yêu cầu đ xác định vẫn

đ thực và b tbuộcth hiện như hệ có nhi u bậc tự do Trong trường hợp như này,thông số được th hiện như là ma trận trong công thức.

Ứng xử của kết cầu thay đối khi trận động đất gây tác dụng dao động lên n n Theogiải thích của Clough và Penzien (1993), tong chuy n vị của khối lượng, u(t) là tổng

chuy n vị của của n n u,(t) và chuy n vi tương đối giữa khói lượng van n, u(t) Tại

m i thời đi m, quan hệ cóth được viết như sau:

miu, (t)+mu(t) + ku(t) =0 (2-3)

S p xếp lại phương trình tac :

mu) + ku(З mii, (7) = P(t) (2-4)

Ở đây, —mu„(£) ho c P(t) là ngoại lực do động đất Phản ứng của toàn hệc đượcb ng cách tích phân t ng bước theo Clough và Penzien (1993)

2.3.3 CanCan là quá trình dao động tự do giảm dan v biên độ N i cách khác, năng lượngcủa hệ dao động tiêu tán bởi một ho c nhi u cơ chế (Chopra, 2007) Khi can nhớtđược giả định có m t, công thức trở thành:

mu(t)+ ku(7) + củ(t) =O (2-5)

Trong công thức c là hệ số cản va w(t) là vận tốc Can Rayleigh cung cấp mộtthông số cản phù hợp cho phân t ch động hệ thu gọn gồm có ảnh hưởng can, độ cứng

_; (2-9)

f= H

Trong đ : Vs là vận tốc sóng c t của lớp đất và H lab dày lớp dat.Khi s ng địa chan truy n trong hệ đất, năng lượng sóng bị tiêu tán trên đường đi.Hình dạng và độ lớn của phản ứng của hệ đất n_n kết cau bị ảnh hưởng bởi đ c đi mcản Ứng xử của đất là không đảo ngược cho dù là biến dạng nh_ Cả có nguyên nhânt nhi u yếu tố khác nhau Một vài yếu tố là :

e Can do bởi đ c đi m vật liệu dat (Ð c di m độ cứng/ cường độ)Can do phan tử tiép xúc giữa dat và kêt cau

e Giam do sub c xạ của date Khúc xạ

2.3.4 Dao động tự doDao động tự do của kết cau được định nghĩa bởi Chopra (2007) là 1 hiện tượng khicâu trúc bị xáo trộnt di u kiện ban đâu tĩnh của nó bởi ngoại luc, sauđ_ cho ph pdao động tư do mà khôngc_ tải trọng ngoài Di u này dẫn đến một cơ sở xác địnhthời gian rung động vat số cản của hệ SDOF

Đôi với câu trúc SDOF cản nhớt mà không có bấtk_ tải bên ngoài P(t) = 0, phươngtrình (2.5) có th được viết là:

mửi(Œ) + ku(t) + cu(t) = 0 (2-10)

Chia công thức này cho m,

ii(t) + @ u(Œ) +2 u(t) =0 (2-11)

Ở đây, tần số géc, Ww, = Vk/m vat số cản, É =c/2m@n = c/Cer

Cla ch sô can tới hạn và 6 lat số cản không có thứ nguyên Với c > cer ho cÉ>1 hệ thông không dao động và trở v tình trang ban dau Ch c <cer, ho c Ế< 1, thìhệ dao động và trở lại đi u kiện ban đầu của nó qua khi giảm dân biên độ Đây đượcgọi hệ cản ít Loại kết câu này liên quan tới kỹ thuật kết cau bởi vì hau hết kết câu cóC<1,di nhìnhnh hơn 0.1 (Chopra, 2007).

Chu k tự nhiên cua một hệ can Tp liền quan với chu k tự nhiên của hệ không canTN là:

T„ =Ty/xJI-ec? (2-12)

/ io\ ÂN =\ 4 | es\ , Ê cơm quá Ñ 7 \ /

Phân tích 1 chi u là cách tiếp cận thông thường trong nghiên cứu và nội dung dựatrên các giả thuyết theo sau:

e B m t của lớp đất phủ bên trên là hoàn toàn ngange Lop đất bên trên mở rộng vô hạn theo phương ngang

e Phánứngcủab m t đất là kết quả của sự truy n lên của s ngvan đồngnhấtv m t không gian

Cột 1 chỉ u theo phương đứng được giả thuyết cho loại phân tích này Các tínhchất của đất không thay đổi lớn theo phương ngang mà theo phương đứng Nănglượng động dat được giải phóngt nguồn đứt gãy và b t dau truy n theo tất cả mọihướng và cuối cùng chạm đất Do độ cứng của môi trường gia tăng theo chỉ u sâu,sóng bị cản qua đường dẫn và không bị cản truy n trở lại tầng đá cứng Hiện tượngtiếp tục | p lại cho đến khi sóng cản hoàn toàn Do d ,s ng c ttruy n theo phươngđứng trong phân tích phản ứng địa đi m được xem xét một cách c n thận

H s khu ch đạiTrong n n đất dan hồi tuyến t nh đồng nhất, dao động ngang đi u hòa của tang đásốc bên dưới s tạo ra sóng c ttruy n theo phương đứng hư hình v (Kramer,1996).Công thức chuy n vingang th hiện dưới day:

U(z,t)= Ác) + Bele (2-15)Trong d , @ là tan số góc của sóng, k là số sóng và t là thời gian A và B là biênđộ của sóng truy n theo hướng lên và xuông.

A |

Ae'Let+*zBe'\TM az

Y

H nh 2.7 Truy ns ng trong! pd ngnh tdanh i (Kramer, 1996)

Két qua thực tế cóth nhận được b ng cách giả định sự hiện diện của cản trong

lớp đất Nếu đất có sức kháng c t Kelvin-Voigt, thì công thức của s ng đượcth hiệnnhư sau:

ở” ðu OU (2-16)

2 — G 2 + ] 2

ot Ox Ox ot

Vp \ Ø

Với € nh ,s6 lượng sóng phức tạp cóth được viết lại: k”=@/v;”Sử dụng những quan hệ này, hàm chuy n lat số giữa dao động b_ m t và daođộng tầng đá với đất cản trên tầng đá cứng cóth đượcth hiện như sau

mE (2-19)

O,=—| —†tHZ

H\2Với n= 0, 1, 2, 3

Giá trị đ nh xảy ra tại n = 0, tan số cơ ban fn = Vs/4H

Amplification factor