Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ảnh hưởng của tương tác đất nền lên hệ kết cấu khung phẳng có cô lập móng

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨHọ và tên học viên: VÕ PHƯỚC THÀNH MSHV: 7140168 Ngày, thang, năm sinh: 26/09/1991 Nơi sinh: Bình Dương Chuyên ngành: KTXD Công trình DD&CN Mã số : 60580208 TÊN

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Trọng Phước

4 TS Chau Đình Thanh

5.TS Nguyễn Văn HiếuXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên

nghành sau khi luận văn được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨ

Họ và tên học viên: VÕ PHƯỚC THÀNH MSHV: 7140168

Ngày, thang, năm sinh: 26/09/1991 Nơi sinh: Bình Dương

Chuyên ngành: KTXD Công trình DD&CN Mã số : 60580208

TÊN ĐÈ TÀI:

ANH HUONG CUA TƯƠNG TÁC ĐẤT NENLEN HE KET CAU KHUNG PHANG CO CO LAP MONG1- NHIEM VU LUAN VAN:

> Tìm hiểu mô hình gồm có kết cấu khung phang với các bậc tự do là chuyên vịsàn tầng, thiết bị cách chấn gối cao su lõi chì (LRB) có xét ảnh hưởng của tươngtác kết cầu - đất nên, mô tả mô hình nền va các tham số đặc trưng của nên

> Thiết lập bài toán động lực học gồm mô hình kết cau trên chịu tác dụng của giatốc nền động đất ảnh hưởng của tương tác đất nên, suy ra phương trình vi phânchuyển động của hệ

> Phân tích hiệu quả kháng chân của hệ kết cấu chịu động đất dựa trên chươngtrình tính toán được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình MATLAB, đánh giá ảnhhưởng của các tham số đất nền lên phản ứng của hệ kết cấu

2- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11/01/20163- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU : 17/06/20164- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DÂN: TS NGUYÊN TRỌNG PHƯỚC

Lời dau tiên, tôi xin bay tỏ lòng biết on sâu sắc tới TS Nguyễn Trọng Phước.Thay đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và theo dõi dé tôi có thể hoàn thành luậnvăn tốt đẹp.

Tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô Trường Đại học Bách Khoa - Đạihọc Quốc gia TP.HCM, Quý thây cô khoa Kỹ thuật xây dựng và đặc biệt là các thầycô ở bộ môn Sức bên - Kết câu đã truyền dat cho tôi những kiến thức hữu ích vàkinh nghiệm quý báu cũng như tạo mọi điều kiện giúp tôi hoàn thành tốt luận văn

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân và bạnbè, những người đã ủng hd, động viên và nhắc nhở tôi trong suốt quá trình học tập

và nghiên cứu.

Xin trân trọng cảm ơn.

Võ Phước Thành

Luận văn phân tích ảnh hưởng của tương tác đất nền lên hệ khung phăng cócô lập móng chịu gia tốc nền của động đất Mô hình kết câu gồm có khung phăngvới các bậc tự do là chuyển vi sàn tầng, thiết bị cách chan gối cao su lối chì (LRB)và có xét ảnh hưởng của tương tác kết cau - đất nên Dat nền được mô hình hóathành các bậc tự do theo phương ngang và góc xoay Phương trình chuyển động củahệ kết cầu này được thiết lập dựa trên nguyên lý cân bằng động có xét ứng xử phituyến của đất nền và được giải bang phương pháp số Newmark trên toàn miễn thờigian Một chương trình máy tính được viết bằng ngôn ngữ lập trình MATLAB đểgiải bài toán động lực học của hệ khung phăng gôm kết cau bên trên, móng có gangối cao su lõi chi (LRB) va đất nên chịu tác dụng của gia tốc các trận động đất Kếtquả số thu được là chuyển vị, vận tốc, gia tốc và lực cắt dé khảo sát hiệu quả khángchan của hệ kết cau Ngoài ra, luận văn còn khảo sát ảnh hưởng các thông số trọnglượng riêng của đất, hệ số Poisson, vận tốc sóng cắt, độ cứng gối cao su lõi chì

(LRB) đến phản ứng của hệ kết cầu chịu động đất

Tôi xin cam đoan đây là luận văn do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn

của Thây TS Nguyễn Trọng Phước Các kết quả trong luận văn được thực hiện mộtcách trung thực và khách quan Các số liệu từ tài liệu tham khảo được trích dẫn day

du.

TP Hỗ Chi Minh, ngày 17 tháng 06 năm 2016

Võ Phước Thành

LOI CẢM ON G1121 1 1 1112111111111 111111111101 1111011111 Ẹ0111 111111 11111111 tr i

TOM TAT vicccccccsccccscsscscscsscscssscssssscsssssscsvsvsscsvsssscsvsssscsvsssscsvsssassvsssstsvsesacsvssseeseasseeaes iiLOI CAM DOAN oieeecccccccscccscscscsscsessscsscscsessscsssscscscscsssscsescscsssssssscscscsssssscscessssseseseans iii

MOT SO CHU VIET TAT uuccccecccccececescssececscecesssssvscscecsesevecscececsevevsceeevavacaceceeveees vii

DANH MỤC CÁC KY HIEU ue cccceccccssscscecesessecscscecesevecscecessevevacacecsecacececeseavavecs viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VP E111 1E 91111191 1E 011111 0 018151111 ng gi X

DANH MỤC CAC BANG BIÊUU - E631 E1 SE vn ng: xiii

CHUONG 1: GIỚI TIHIỆỆU - G66 SE 9E E2 EEsE#E‡ESESEEEsEEEEEsEsererereree |

I.I— ĐẶT VAN ĐỀ G1 TH TT HT TT HT TH ng ng ưu |

12_ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - + E122 EsESESESE SE EeEsEsEekekrereesed 4

1.3 CÂU TRÚC LUẬN VĂN G G1 312191 E111 gvgvgvgvrerrei 6

CHƯƠNG 2: TONG QUAN SG 222 121 11151511 1121111111 0111111111111 cx 72.1 GIỚI THIỆU G G1612 539191 1E SE 111 9g ng ng gi 7

2.2 HỆ CÔ LẬP MONG GÓI CAO SU LOI CHI (LRB) -¿ 2c s52 72.3 TƯƠNG TÁC KẾT CÂU - ĐẤT NÊN (SSI) - 5 scscsesesesrsesed 1124 HỆ CÔ LẬP MONG CÓ XÉT TƯƠNG TAC DAT NỀN l62.55 KẾT LUẬN CHƯNG - -G- s31 S8 E111 1E 5 1xx resed 17

CHUONG 3: CƠ SỞ LY THUYET . 5-52 25252 2E+E+E2E£E£E£E+EeErersreee 183.1 GIỚI THIỆU SE 11191 1E 911121 511111 111 111151111 gi 18

3.2 MÔ HÌNH BAI TOAN Wuieeecececccccccccscssesesssscscsscscscsscsessssesescsscsessssesestsvseeaeasees 183.3 HỆ CÔ LẬP MONG GOI CAO SU LOI CHI (LRB) 5-5¿ 193.4 TƯƠNG TÁC KET CAU - DAT NEN (SS]) - 2 5c cscsesesees 21

3.4.3 HE số Poisson - G11 ST 111211 T111 111g ng ng 26

3.4.4 Khối lượng riêng 6-5-5 t3 S* t3 2312212111121 28

3.4.5 Các tham số động hoc của đất + ¿55 5e csct+tEcckekerrrrkrkrree 30

3.5 PHƯƠNG TRÌNH CHUYEN ĐỘNG CUA HE KET CÂU 333.5.1 Giả thuyết tính todte.cccccccccccscsscsssesssescsessssessssssesssscsessssesesssssseeseseseees 33

3.5.2 Thiết lập phương trình chuyển động - 2 2 2552522 £z£szscc+2 34

3.6 PHƯƠNG PHÁP GIẢI VÀ THUẬT TOÁN s2 - se sex: 43

3.6.1 Phương pháp giải - - << ch 433.6.2 — Thuật tOán - c0 0000111 11111111111 1n x56 41

3⁄7 KET LUẬN CHƯNG -.- E311 E111 1E 11212 1x gi 46

CHƯƠNG 4: VI DU SỐ G1121 ST 111121 1E 111g TH ng 47

4.1 GIỚI THIỆU G- << 6k 39% SE 198v Eề 11 SE 1xx reereở 47

42 SỐ LIỆU CAC TRAN DONG ĐẤTT - St SE kg exekrersesed 47

4.3 KIEM CHUNG CHUONG TRINH TÍNH 2-55555+cscscscs2 514.3.1 Bài toán tan số dao động riêng - 52 52+cceceveerrrererecree 51

4.3.2 Bài toán khung phăng có gan thiết bị cách chan LRB - 52

44 ANH HUONG TƯƠNG TÁC ĐẤT NEN CUA KHUNG PHANG CÓ CÔLAP MÓNG tt t1 1212111111111 111111111 011151515111 11 111111111111 T E1 11kg 534.5 KHAO SÁT GIA TOC CAC TRAN ĐỘNG ĐẤTT - 55 cescsesed 59

46 KHẢO SÁT SỰ BIEN THIÊN GIÁ TRI HE SỐ POISSON 64

4.7 KHẢO SÁT SU BIEN THIÊN GIÁ TRI TRONG LUONG RIENG 68

48 KHẢO SÁT SU BIEN THIÊN GIA TRI VẬN TOC SONG CÁT 7349 KHAO SÁT GOI CAO SU LOI CHI (ERB) weceeeccccceccscssscscececeececececeeseees 77

4.10 KẾT LUẬN CHƯNG -G- + + SE 53111 SE 31 1 SE xe reesed 83

CHUONG 5: KẾT LUẬN VA HƯỚNG PHAT TRIỂN - +: 845.1 KẾT LUẬN SG G1111 9198 1 19126 E111 11T ng ưu 84

52 HƯỚNG PHÁT TRIẾN ¿ ¿6 ++EEE SE 3E 2E E21 1111111 xe 85

TÀI LIEU THAM KHẢO G-G G63 539191 3E 9191 1 1 111121 1E 1121 eo 86

MOT SO CHU VIET TAT

Finite Element Method - phương pháp phan tử hữu hanFriction Pendulum System - gối ma sat đơn

Lead Rubber Bearing - gối cao su lõi chìNatural Rubber Bearing - gối cao su tự nhiênSoil Structure Interaction - tương tác kết cau đất nền

DANH MUC CAC KY HIEU

A Diện tích mặt cắt ngang của một lớp cao suA, Diện tích mặt cắt ngang của lõi chì

B Đường kính móng tròn quy đổi của hệ kết cau

C Ma trận cản của kết câu nhiều bậc tự do

D(q) Nang luong tiéu tan

E Module đàn hồiG Module kháng cắt động

G, Module cat của lõi chi

G, Module cat vật liệu đàn nhớt của cao suK Ma trận độ cứng của kết cầu nhiều bậc tự do

K, Độ cứng theo phương ngang của gối LRB ứng với chuyển vị cực han

đ,K(q) Động năng

M Ma trận khối lượng của kết cầu nhiều bậc tự doT Chu kỳ của hệ kết cầu

U(4) Thế năngVÌ Vận tốc sóng cắt

C, Hệ số can của thiết bị cách chấnC, Hệ số cản của sàn tầng hệ kết cầu

Cụ Hệ số cản quy đổi theo phương ngang của đất nênC, Hệ số cản quy đổi theo góc xoay của đất nênf Tần số của hệ kết cau

fr Luc can ứng với bậc tự do thứ 1f, Lực quán tính ứng với bậc tự do thứ I

fe Lực đàn hồi ứng với bậc tự do thứ i

Chiêu cao lõi chi

Độ cứng phân tử cao su

Độ cứng của lõi chìĐộ cứng của thiệt bị cách chân

Độ cứng quy đối theo phương ngang của đất nên

Độ cứng quy đổi theo góc xoay của đất nên

Độ cứng sàn tâng của hệ kết cầu

Khôi lượng của móng

Khỗi lượng sàn tang

Tổng số lớp cao su

Ham tải trọng theo thời gian

Chiêu dày một lớp cao su

Chuyến vị ngang của hệ kết cau do đất nên

Chuyến vị của g6i cách chan

Gia tốc nên của động đất

Chuyển vị, vận tỐc, gia tốc tại thời điểm thứ i

Chuyén vị của san tang

Hệ sô can của gôi LRB

Hình 1.1 Cảnh đồ nát sau trận động đất 6.4 độ Richter ở Dai Loan ngày 06/02/2016

Hình 2.3 Mô hình tính toán của Hooman Torabi, Mohammad T Rayhani [ 7] 12

Hình 2.4 Thông số đầu vào và kết quả của hệ kết cau lý tưởng có xét đến tương tácđất nền của Stewart và Fenves (1998), phát triển bởi Faheem Butt, Piotr Omenzetter

T0 1 13

Hình 2.5 Mô hình dam trên nền dan hồi Winkler [22] -5- 2 252 s+s+5+2 14Hình 2.6 Hệ cô lập móng trên nén bán không gian vô hạn đàn hồi 17Hình 3.1 Mô hình hệ kết cầu chính của luận văn - ¿+ 6k s2 £eEseseexei 19Hình 3.2 Quan hệ Luc - Chuyén vị của gối LRB ceccecccscseeescecssssssssesssesesseseseens 19Hình 3.3 Nền đất với nhiều lớp khác nhau c.ceccccscccssessssssessesescsesseseseesssesesssseseesesen 22Hình 3.4 Biểu đồ quan hệ Ứng suất - Biến dang [34] - + 55+ 5s+s+see 23Hình 3.5 Sơ đồ thí nghiệm cắt phăng -. ¿2-2-5222 SE‡ESEEEEEEEErkrkrrkrerreee 24Hình 3.6 Sơ đồ thí nghiệm Downhole - - + 255252 2*+E+E££E+E+E£Evverererxeee 25Hình 3.7 Nén mẫu thí nghiệm xác định hệ số Poisson v [3⁄4] se cscsssxe: 27Hình 3.8 Đồ thị quan hệ Lực - Chuyển vị mô hình Winkler [38] 30Hình 3.9 Mô hình đất nền ứng xử phi tuyến Kerr (1904) [38] - 31Hình 3.10 Đồ thị quan hệ Áp lực - Độ lún trạng thái đàn dẻo [38] - 31Hình 3.11 Phản ứng song tuyến tính của đất nền + 252552552 cs+ezcscxcsee 32Hình 3.12 Đồ thị quan hệ Lực - Chuyển vị mô hình Chandra (1979) [38] 32Hình 3.13 Mô hình phân tích kết cau cho hệ cô lập móng [27] - 34

Hình 3.14 Hệ kết cấu nhiều bậc tự do và sơ dé chuyển VỊ tương Ứng 36

Hình 3.15 Sơ đồ cân bang lực hệ nhiều bậc tự do - ¿22 555+s+ccz£s+scce2 36Hình 3.16 Sơ đồ khối chương trình tính phương trình chuyển động hệ kết cau 45

Hình 4.1 Gia tốc nên động đất El Centro 1944 - + + + 2 +E+EsEeEererrerererered 48Hình 4.2 Phố năng lượng động đất El Centro 1940 - 2 55+s+s+e+£zczzszsceee 48Hình 4.3 Gia tốc nên động đất San Fernando ¿-+-2- + +22 +2 +s+E+Ez£zzzzszxreee 49Hình 4.4 Phố năng lượng động đất San Fernando - 2-22 s+s+s+c£z+s+xzceẻ 49Hình 4.5 Gia tốc nền động đất Superstition -¿-5- 525222 cxvxcrerxrrrrererrees 49Hình 4.6 Phố năng lượng động đất Superstition - - + 2 252 Ss+scesesrrsrereee 50Hình 4.7 Gia tốc nên động đất Hachinohe c.cccccsescscesscsssessesesescssssesesessseseeseseens 50Hình 4.8 Phố năng lượng động đất Hachinohe c.ccccccscsesseessesssesseseseesseseeseseees 50Hình 4.9 Hệ khung phăng 3 tang cceccccscccsessssssesscsesesessesesesseseseescsesessesesesseseseeseees 51Hình 4.10 Hệ khung phăng 8 tầng ¿ 22-55222222 SEESEEEEEEErkrkrrkrrrreee 53Hình 4.11 Độ cứng giả định của đất nền - + + 25222 2E2E2E2EEEE£EcEErrrkrkrree 54Hình 4.12 Chuyén vị, vận tốc, gia tốc ở tầng đỉnh khung phang 8 tầng 55

Hình 4.13 Chuyén vị, vận tốc, gia tốc từng tang của khung phăng 8 tang 56

Hình 4.14 Lực cắt từng tầng của khung phang 8 tầng . 5- 5555255 57Hình 4.15 Khảo sát lực cắt ở tầng đỉnh tại một số đỉnh chuyên vị 58

Hình 4.16 Chuyển vị, vận tốc, gia tốc Ở tầng đỉnh trận động đất El Centro 60

Hình 4.17 Chuyển vị, vận tốc, gia tốc Ở tầng đỉnh trận động đất San Fernando 60

Hình 4.18 Chuyén vị, vận tốc, gia tốc ở tầng đỉnh trận động đất Supperstition 61

Hinh 4.19 Chuyén vi, vận tốc, gia tốc Ở tầng đỉnh trận động đất Hachinohe 61

Hình 4.20 Lực cắt từng tầng của khung phang ccccccccscssesesessesesesessssesesseseseesesen 62Hình 4.21 Chuyển vị tương đối từng tầng khi xét các trận động đất khác nhau 63

Hình 4.22 Lực cắt mỗi tầng khi xét các trận động đất khác nhau -. 63

Hình 4.23 Chuyén vị tương đối và lực cắt từng tầng khi thay đổi hệ số Poisson 66

Hình 4.24 Chuyén vị tương đối từng tầng khi thay đối hệ số Poisson 68

Hình 4.25 Lực cắt từng tang khi thay đổi hệ số Poisson 68Hình 4.26 Chuyén vi tương đối và lực cat từng tầng khi thay đổi trọng lượng riêng

Hình 4.27 Chuyén vị tương đối từng tang khi thay đổi gid tri trọng lượng riéng 72Hình 4.28 Lực cắt từng tầng khi thay đổi giá trị trọng lượng riêng 73Hình 4.29 Chuyén vị tương đối và lực cắt từng tầng khi thay đổi vận tốc sóng cắt 75Hình 4.30 Chuyén vị tương đối từng tầng khi thay đối giá trị vận tốc sóng cắt 77Hình 4.31 Lực cat từng tầng khi thay đổi giá trị vận tốc sóng cắt - 77Hình 4.32 Chuyến vị và gia tốc tầng đỉnh khi xét một số loại gối LRB 79Hình 4.33 Chuyén vi tương đối va luc cat từng tầng khi xét một số loại gối LRB 81Hình 4.34 Chuyén vị tương đối từng tầng khi thay đổi loại gối LRB 82Hình 4.35 Lực cắt từng tầng khi thay đổi loại gối LRB -. -5-5 - 82

DANH MUC CAC BANG BIEU

Bang 3.1 Hệ số Poisson cho một số loại đất của M Das [37] 2s csssxe: 28Bảng 4.1 Số liệu các trận động đất +: S2 1 3E 1 1 111513111111 1111 1111 xe, 47Bảng 4.2 Tan số dao động của hệ . : 5-5221 322321921 1212111111111 xe 51Bang 4.3 Thông số gối LRB 1300 - 525252225223 E22 EEEEEEEEEEEEErErkrrkrrrreee 52Bang 4.4 Chuyén vị lớn nhất từng tang của hệ chịu động đất Hachinohe 52Bảng 4.5 So sánh chuyên vị ngang các tầng - + ¿5+5 xtrcxvkrrerrrreee 57Bang 4.6 So sánh lực Cat tầng 5-5-5211 21 1211212121121 1111 2111111111111 58Bang 4.7 So sánh chuyên vị tương đối tầng đỉnh theo thời gian - 59Bang 4.8 So sánh lực cắt tầng đỉnh theo thời gian 25-555 5scs+escscsceee 59Bang 4.9 Chuyén vị tương đối từng tang khi thay đổi hệ số Poisson 67Bang 4.10 Luc cắt từng tầng khi thay đổi hệ số Poisson - 555555: 67Bang 4.11 Chuyén vị tương đối từng tang khi thay đối giá trị trong lượng riêng 71Bảng 4.12 Lực cắt từng tầng khi thay đổi giá trị trọng lượng riêng 72Bang 4.13 Chuyển vị tương đối từng tang khi thay đổi giá trị trong lượng riêng 76Bảng 4.14 Lực cắt từng tầng khi thay đổi giá trị trọng lượng riêng 76Bang 4.15 Chuyển vị tương đối từng tầng khi thay đổi loại gối LRB 83Bang 4.16 Luc cắt từng tầng khi thay đổi loại gỗi LRB - 5552: 83

GIỚI THIỆU

11 ĐẶT VẤN ĐÈ

Động đất là hiện tượng tự nhiên gây ra nhiều tác hại cho con người và côngtrình xây dựng Động đất xảy ra khi một nguồn năng lượng lớn được giải phóngtrong thời gian rất ngắn do sự rạn nứt đột ngột trong phan vỏ hoặc trong phan áotrên của vỏ quả đất [1] Động đất xảy ra hàng ngày trên Trái Đất nhưng phan lớnđều không gây ra thiệt hại đáng kế đến con người Động đất lớn có thé gây ra thiệthại lớn về vat chất và con người với tần suất ngày cảng tăng cao, phan lớn xảy ra tạinơi tiếp giáp các mảng lục địa Động đất không xảy ra đều khắp mọi nơi trên TráiDat mà tập trung chủ yếu ở các đới như vành đai động đất Thái Bình Duong, đớiđộng đất Địa Trung Hải - Xuyên A (đới Alp - Hymalaya), đới động đất ngầm dưới

sóng núi giữa các đại dương

Hình 1.1 Cảnh đồ nát sau trận động đất 6.4 độ Richter ở Đài Loan ngày

06/02/2016

Tai Viet Nam, dong đất mạnh vẫn có khả năng xảy ra mặc dù vị trí địa lýnăm trên bán đảo Đông Dương cách xa rìa mảng kiến tạo Việt Nam từng ghi nhậnhai trận động đất mạnh là động đất Điện Biên (1935) cường độ 6.75 độ Richter xảyra trên đứt gãy sông Mã và động đất Tuần Giáo (1983) cường độ 6.8 độ Richter xảyra trên đứt gãy Sơn La Ngoài ra, vùng ngoài khơi Nam Trung Bộ thuộc vùng biénVũng Tàu, Phan Thiết (1923) cũng xảy ra động đất cường độ 6.1 độ Richter.

Động đất có thể gây ra tác hại trực tiếp và đặc biệt nghiêm trọng đến côngtrình xây dựng Vì vậy, các giải pháp kết cấu phù hợp hơn được nghiên cứu dé cóthé giảm thiểu rủi ro về vật chất va con người do động đất gây ra Theo Tran TuanNam (2009) [2], thiết kế kháng chan một công trình xây dựng cần đảm bảo hai tiêuchí liên hệ chặt chẽ với nhau: đảm bảo kết cấu có khả năng chịu lực lớn trong miễnđàn hồi và đảm bao cho kết cau có khả năng phân tán năng lượng do động dattruyền vào, thông qua sự biến dạng dẻo trong giới hạn cho phép hoặc các thiết bịhap thu năng lượng Dé tránh hiện tượng suy yếu cục bộ dẫn đến phá hoại côngtrình, một số giải pháp thiết kế được đưa ra nhằm hấp thu bớt và phân tán đều nănglượng động đất cho toàn bộ công trình

Giải pháp giảm chấn (damped structure): trong trường hop năng lượng dao độngtruyền trực tiếp vào công trình do không được tách rời, các thiết bị giảm chấn(damper) có thể được lắp đặt vào công trình để gia tăng độ cản của bản thân côngtrình, giải phóng năng lượng dao động Có nhiều hình thức giảm chấn: thụ động,

chủ động hay nửa chủ động.

Giảm chan không điều khiển (passive control): nguon năng lượng hoạt động cuacác thiết bị giảm chan được lấy từ chính năng lượng dao động của ban thân công

trình Năng lượng được tiêu tan dưới dạng nhiệt năng của hiện tượng ma sát

(friction damper), bién dang déo cua kim loai (buckling restrained brace, stiffened

shear panel), tính can nhớt (viscous/visco-elastic damper) hoặc độ cản thủy luc (oildamper).

Giảm chan có điều khiển (active control): các thiết bị dạng này hoạt động được

nhờ vào các nguôn năng lượng từ bên ngoài (điện, khí nén ) Thông qua các cảm

để thực hiện việc tăng độ cản hay phát lực điều khiển chồng lại dao động như TMD

(Tuned Mass Damper), LTD (Liquid Tuned Damper)

Do nhu cau phát triển, ngày càng có nhiễu giải pháp kết cau tương thích honđược nghiên cứu bởi các nhà khoa học trong nước và trên thế giới Trong đó, hiệuquả của các thiết bi cách chan được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu và ứng dụngngày càng rộng rãi cho thay tầm quan trọng của giải pháp cách chan, đặc biệt là cáccông trình có tầm quan trọng cao năm trong vùng thường xuyên xảy ra động đất.Tuy nhiên, cho tới ngày nay, phan lớn các dé tài nghiên cứu về thiết bị cách chanđều giả thuyết phần móng là liên kết ngàm, bỏ qua ảnh hưởng của tương tác đấtnên Giả thuyết này giúp việc tính toán đơn giản hơn nhưng mô hình tính toán lạikhông giống với thực tế Vì vậy, tiếp nối xu hướng nghiên cứu và phát triển các giảipháp thiết kế kết câu kháng chan, luận văn này sử dung gỗi cao su lõi chì (LeadRubber Bearing - LRB) là một loại thiết bị cách chấn để khảo sát hiệu quả khángchan của kết cau chịu động đất có xét ảnh hưởng ứng xử tuyến tính và phi tuyến của

dat nên.

1.2 MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu của dé tài là phân tích hiệu quả giảm chan của khung phang 8 tang,hệ cô lập móng sử dụng gối LRB chịu ảnh hưởng của động đất có xét đến tương táckết cấu - đất nền Để đạt được mục tiêu trên cần tim hiểu cấu tạo, đặc trưng cơ họccủa gối LRB và các tham số đặc trưng của đất nên khi mô hình đất nên tuyệt đốicứng hoặc có độ cứng hữu hạn, ứng xử là tuyến tính hoặc phi tuyến Trên cơ sở đó,luận văn thiết lập phương trình động lực học cho kết cầu có một hoặc nhiều bậc tựdo, lựa chọn phương pháp giải và xây dựng chương trình tính toán bằng ngôn ngữlập trình MATLAB Luận văn khảo sát một số ví dụ tính toán dé kiểm chứng độ tincậy của chương trình, đồng thời minh họa cho lý thuyết tính toán

\ SOIL HALF-SPACE / SOIL HALF-SPACE |

Hình 1.4 Mô hình hệ cô lập móng có xét ảnh hưởng đất nênĐối tượng nghiên cứu của luận văn là khảo sát bài toán phân tích khả năngkháng chan của khung phang gan gối LRB có xét ảnh hưởng tương tác kết cau - đấtnên

Phạm vi nghiên cứu của luận văn xét hệ kết cau khung phăng 8 tang trong

1.3 CẤU TRÚC LUẬN VAN

Cau trúc luận văn gồm có 5 chương nội dung chính của mỗi chương nhưsau Chương 1 - Giới thiệu nêu lý do chọn đề tài, giới thiệu về thiết bị cách chấn,ảnh hưởng của tương tác kết cau - đất nền, trình bày mục tiêu, đối tượng và phạm vinghiên cứu Chương 2 - Tổng quan giới thiệu tình hình nghiên cứu trong và ngoàinước của dé tài được trình bày trong danh mục tài liệu tham khảo, đồng thời nêukhái quát về hệ cô lập móng và một số mô hình đất nền Chương 3 - Cơ sở lý thuyếttrình bày định nghĩa, phương pháp thí nghiệm, biểu thức tính toán của kết cấu, thiếtlập phương trình chuyển động, sơ đồ tính toán, phương pháp giải để phân tích đápứng động của hệ Chương 4 - Ví du số trình bày một số ví dụ tính toán để kiểmchứng độ tin cậy của chương trình tính, đồng thởi khảo sát các tham số của gối LRBvà đất nền Chương 5 - Kết luận và hướng phát triển đánh giá các kết quả củaChương 4 - Ví dụ số và đưa ra hướng phát triển, mở rộng bài toán Ngoài ra, danhmục Tài liệu tham khảo và phan phụ lục mã nguồn MATLAB cũng được trình bay

cuôi luận văn.

TỎNG QUAN

2.1 GIỚI THIEU

Chương 2 giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tàicủa luận văn, trình bày một số công trình nghiên cứu trong và ngoải nước về cácgiải pháp móng có gắn gối LRB tương tác với đất nền Từ một số mô hình phản ứngcủa hệ kết câu được giới thiệu, luận văn lựa chọn và phát triển mô hình tính toáncủa hệ khung phăng có cô lập móng xét ảnh hưởng của đất nên chịu gia tốc nền các

trận động đất, đồng thời nêu ra điểm khác biệt của luận văn so với các nghiên cứu

trước đây Ngoài ra, chương này còn giới thiệu khái quát về ứng dụng hệ cô lậpmóng gối cao su lõi chì (LRB) có xét ảnh hưởng của tương tác kết cau - đất nền

trong thực tiến

2.2 HỆ CÔ LẬP MONG GÓI CAO SU LOI CHI (LRB)

Két cau dat dén trang thai bat lợi khi tần số dao động tự nhiên của hệ băngvới tần số của ngoại lực, sinh ra hiện tượng cộng hưởng Hệ cô lập dao động gomcác thiết bi giảm chan gắn vào công trình làm tăng chu ki dao động của kết cau,giảm lực tác động lên công trình Các hệ thong diéu khién két cau chong dong datthuờng được sử dụng là hệ cô lập móng và các thiết bị cản làm việc theo nguyên lýkhác nhau (cản nhớt, cản đàn nhớt, cản ma sát, ) Trong phạm vi luận văn này, gốicao su lõi chì (LRB) được sử dụng để khảo sát phản ứng của hệ kết cầu chịu độngđất

Hình 2.1 Gối cao su lõi chì (LRB) điển hìnhCau tạo gối cao su lõi chì (LRB) gồm hai phan chính: cao su và lõi chì Cáclớp cao su lưu hóa đượt đặt xen kẽ với các lá thép cán nóng để giữ cao su không bịbiến dạng ngang dưới tác dụng của tải trọng đứng, tăng độ cứng theo phương đứnglớn gấp nhiều lần so với phương ngang Ngoài ra, một khối lõi chì đặt ở trung tâmgối dé chong phinh bụng khi nén và tăng độ cứng của gối Cao su thiên nhiên đượcsử dụng vì là loại vật liệu đàn nhớt phi tuyến, có thể biến dạng 300% mà không bịphá hoại Chì là loại vật liệu có ứng suất chảy dẻo thấp (10MPa), đặc tinh co hoc 6nđịnh, độ mỏi cao, ít bi thay đối bởi nhiệt độ, quá trình tái chế và khôi phục các đặc

tính diễn ra liên tục.

Quá trình hoạt động của gối LRB phụ thuộc vào lực ngang tác dụng Giảmđộ cứng theo phương ngang hiệu quả khi xảy ra các trận động đất lớn Khi đó,chuyển vị tuyệt đối của kết cấu là lớn nhưng chuyển vị tương đối giữa các tang lại

nhỏ Tuy nhiên, khi xét tải ngang là tải gió, việc giảm độ cứng theo phương ngang

có xu hướng bất lợi cho công trình, khi đó chuyển vị ngang của hệ kết cầu là rất lớn.Vì vậy, lõi chì được sử dụng dé gối LRB ứng xử song tuyến tính Khi lực ngang nhỏ

thì 161 chì có tác dụng giữ lại những lá thép không cho chúng hoạt động, lúc này độ

cứng phương ngang lớn Khi động đất xảy ra, lực từ các tâm thép truyền vào làm lõichì chảy dẻo, lúc này các lớp cao su và tắm thép hap thu một phan năng lượng, độcứng theo phương ngang giảm Tỉ số cản của LRB từ 15 - 35%

giải pháp có hiệu quả cao trong thiết kế công trình cầu chong động đất J S Hwangvà L H Sheng (1993-1995) |3, 4] phân tích hệ khang chân đàn hồi tương đươngcủa hệ kết cầu cầu có găn gối LRB dựa trên các chỉ dan kỹ thuật được ban hành bởiHiệp hội Quan chức Giao thông va Xa lộ Tiểu bang Mỹ (American Association of

State Highway and Transportation Officials - AASHTO) Nghiên cứu đánh giá hiệu

quả của độ cứng hiệu dung và hệ số cản tương đương cho hệ cô lập móng kết caucầu Evgueni T Filipov và các cộng sự (2013) [5] đánh giá ứng xử của kết cau cầusử dụng mô hình gối phi tuyến A Rahman Bhuiyan và M Shahria Alam (2013) [6]đánh giá khả năng kháng chan của cầu đường cao tốc trang bị bộ nhớ hình dạng của

gôi cách chân.

Gối LRB còn được nghiên cứu và ứng dụng trong nhà cao tang, đặc biệt là

các công trình quan trọng, năm trong vùng ảnh hưởng lớn của động dat.

C.J Derham và các cộng sự (1984) [7] khảo sát ứng xử phi tuyến của gối cao su tựnhiên chịu động đất Nhóm gối đàn hồi sử dụng sớm nhất được làm từ cao su tự

nhiên được lưu hóa (Natural Rubber Bearing - NRB) có đặc tính cơ học phụ thuộcvào nhiệt độ và thời gian.

R S Jangid (2007) [8] phân tích hệ kết cau cao tầng có gắn gối LRB chịu động đất.Quan hệ Lực - Chuyển vi của gối LRB được mô tả theo đường song tuyến tính vớihệ cản nhớt Các tiêu chí được chon để tối ưu hóa kết cau là gia tốc ở tầng đỉnh và

chuyên vi ngang của gôi cach chân.A.B.M Saiful Islam và các cộng sự (2013) [9] đưa ra một mồ hình phân tích phi

tuyến tự động cho hệ cô lập móng của nhà cao tầng Bài viết đưa ra phương phápthiết kế gối cách chan cho nhà cao tang trong khu vực trung bình và đánh giá phảnứng của kết cau Mô hình phi tuyến tự động được dé xuất để khảo sát phản ứngđộng học của kết cấu Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite element method -FEM) được kết hợp để dự đoán phản ứng của kết cấu Tác giả sử dụng phương phápmiền thời gian và phương pháp miễn tần số cho phân tích động Kết quả thu đượccho thấy chuyền vị ngang cho phép lớn hơn sẽ làm tăng khả năng chịu uốn của kết

cầu.

Tuy chuyến vi lớn nhất của hệ có thé tìm được bằng phương pháp phân tích phituyến trên miền thời gian, nhiều phương pháp gần đúng được dé xuất dé giảm thờigian tính toán Một trong các phương pháp thường được sử dụng nhất là phươngpháp tuyến tính tương đương (Equivalent Linear - EL), trong đó phản ứng phi tuyếncủa hệ cô lập móng có thể được mô hình cản nhớt tuyến tính Tobia Zordan và cáccộng sự (2014) [10] đã cải tiễn mô hình cản nhớt tương đương cho hệ cô lập móngcó gắn gối cách chan LRB

O.V Mkrtychev và các cộng sự (2014) [11] nghiên cứu hiệu qua của hệ khang chângối cao su lõi chì với các chiều cao tầng khác nhau Đề minh họa cho phương phápgiải, hệ cô lập móng của kết cầu bêtông cốt thép cao 5, 9 và 16 tầng được khảo sát.Kết quả của bài toán thu được bang phương pháp tích phân trực tiếp phương trìnhchuyển động từ phần mềm LS-DYNA Việc tính toán có xét đến tính chat phi tuyến

của gôi cao su lối chì.

Young-Sun Choun và các cộng sự (2014) [12] khảo sát những tác động biến đôi đặctrưng cơ học của gối LRB lên phản ứng của hệ kết cau kháng chan Đặc trưng vật

liệu trong sản xuất, tuổi thọ và nhiệt độ hoạt động được giả định, hai mô hình giả

định của hệ cách chân được xem xét.

Goi cao su lõi chì được nghiên cứu và ứng dụng ngày càng rộng rãi trên thêgiới Tuy nhiên, các nghiên cứu trong nước van con hạn chê, có thê kê đên một sôcông trình nghiên cứu tiêu biêu như:

Nguyễn Văn Giang, Chu Quốc Thăng (2006) [13] khảo sát ảnh hưởng của hệ giăngbêtông cốt thép lên hiệu quả chống động đất của hệ cô lập móng Tác giả đề xuấtxem xét ứng dụng gối đỡ kết hợp hệ giằng xiên trong công trình để bảo tồn cáccông trình văn hóa hoặc các công trình quan trọng tại vùng có nguy cơ động đất ở

Việt Nam.

Bùi Lê Lệ Hang (2015) [14] phân tích hiệu quả giảm chan của hệ cô lập móng caosu lõi chì (LRB) kết hợp với hệ cản khối lượng (TMD) trong kết cau chịu động đất.Tác giả so sánh hiệu quả giảm chan của gối LRB và hệ TMD chịu bốn trận động đấtkhác nhau, đồng thời khảo sát các thông số cơ học liên quan đến phản ứng của hệ

két cau.

2.3 TƯƠNG TAC KET CẤU - DAT NEN (SSD

Khi động đất xảy ra thi ảnh hưởng của sóng động dat làm cho công trình bịrung lắc và kèm theo sự dịch chuyển của đáy móng Tuy nhiên, các thiết kế thôngthường thì dé đơn giản trong tính toán thường sử dụng các hệ số an toan dé bỏ quaảnh hưởng của tương tác kết cấu - đất nền Nhưng đối với những công trình đặc biệtnhư nhà máy điện hạt nhân hay những công trình có yêu cau thiết kế đặc biệt thì ảnhhưởng của tương tác kết cau - đất nên là vô cùng quan trọng và cần được xem xétmột cách cần thận va đây đủ [15]

Armando Lanzi, J Enrique Luco (2014) [16] đề xuất một phương pháp phân tíchgan đúng của tương tác kết cấu - đất nên trong trường hợp đất yếu Tác giả xấp xibiểu thức tan số của hệ từ tỉ số cản và các hệ số thành phan của các mode dao độngtrong trường hợp đất cứng đã được trình bày trước đó Một ví dụ số cho hệ kết cầu 9

tầng được trình bày và so sánh với tân sô chính xác của hệ đê kiêm chứng độ tin cậy

của bài toán Một nghiên cứu khác của Hooman Torabi, Mohammad T Rayhani

(2014) [L7] liên quan đến ảnh hưởng tương tác kết cau - đất nên trong trường hợpđất yếu Kết quả nghiên cứu khăng định rằng độ mảnh của công trình, độ cứng củakết cau - móng, tinh chất của đất nén anh hưởng đến tần số tự nhiên của hệ,

chuyên vi và góc xoay của khôi móng.

(a) (b)

K, Beam-column

m ett i, slemeee 8-node 3-D & elements

Hình 2.3 Mô hình tính toán của Hooman Torabi, Mohammad T Rayhani [17]

a Mô hình kết cầu - móng - đất nên don giản (soil - foundation - structure

interaction - SF SĨ)

b Phương pháp phan tử hữu hạn được sử dung để giải phương trình chuyền độngFaheem Butt, Piotr Omenzetter (2014) [18] trình bày hệ thong thí nghiệm va môhình số của một tòa nhà 3 tầng bêtông cốt thép Từ đó, tác giả đưa ra các mô hình bachiều áp dụng phương pháp phan tử hữu hạn (FEM) dé khảo sát các thành phan kếtcầu và phi kết cầu Tan số tự nhiên của hệ kết cấu được hiệu chỉnh tương ứng, baogôm ảnh hưởng của đất nên Mô hình này có khảo sát các thành phan phi kết cau

vào phản ứng của công trình, mô tả hệ kêt cầu gân với thực tiên hơn.

Roof: „‡twz+h+u

F———”” TƑ”

||

| | h

Free field: w„

of Le YR

Foundation translation: wy +uy Foundation rocking: @

Hình 2.4 Thông số dau vào và kết quả của hệ kết cấu ly tưởng có xét đến tương tác

dat nên cua Stewart và Fenves (1998), phát triên bởi Faheem Butt, Piotr

Omenczetter (2014)

S.J Shukla, Desai A.K va Solanki C.H (2015) [19] nghiên cứu về ứng xử độnghọc của móng bè đài cọc kết cau nhà cao tầng tương tác với đất nền bên dưới bangphương pháp phân tử hữu hạn trên miễn thời gian Móng bè được phân tích như mộttam trên nên đàn hồi sử dụng lò xo Winkler là hăng số Trong nghiên cứu này, mộtvòng lặp phân tích động học được thực hiện băng chương trình SAP2000 dé môhình hóa kết cấu - móng bè đài cọc - đất nền ứng xử phi tuyến chịu các trận độngđất lớn Các kết quả thu được cho thay các đặc trưng động học cua đất nền nên được

xét đên khi phân tích phản ứng của kết câu đề giảm thiêu các rủi ro vê động dat.Surong Huang, Ozgur Ozcelik và Quan Gu (2015) [20] trình bày một phương pháp

phân tích hệ kết cau tương tác đất nên trên miễn thời gian Phương pháp này kếthợp những ưu điểm của miền bán không gian vô hạn đàn hồi đất nền được rời rạchóa và khả năng mô hình mạnh mẽ của phần mềm phân tích phan tử hữu hạn cho hệthống kết cau ứng xử phi tuyến quy mô lớn Do đó, chương trình có khả năng giảiquyết các van dé cơ sở hạ tầng dân dung trong thực tế Tác giả đã bình luận nhiềuvan dé liên quan đến phương pháp giải này, bao gồm kích thước bước thời gian môphỏng so sánh các phương pháp dạng 4n và tường minh, ảnh hưởng của tính chatphi tuyến đất nền và những phan ứng của hệ kết cau chịu động dat trong trường hop

có xét và không có xét tương tác đât nên.

M Ghandil, F Behnamfar (2015) [21] đề xuất một phương pháp trực tiếp phân tíchtương tác kết cau - đất nền Phương pháp này mô hình hóa một cách rõ ràng đất

xung quanh và bên dưới kết câu Đối với một số loại đất điển hình, phương pháptuyến tính tương đương truyền thống thường giảm module kháng cắt và tăng tỉ sốcản của đất nền Tuy nhiên, phương pháp này không làm việc trong vùng lân cậncủa hệ móng nơi ma đất có ứng xử phi tuyến mạnh mẽ vì biến dạng đất nên rất lớn.Vì vậy, tác giả đề xuất một phương pháp tuyến tính tương đương cải tiến giảmmodule kháng cắt của đất nên gần hệ móng hơn nữa để mô phỏng chính xác hơn hệkết cấu so với thực tế Ngoài ra, tác giả đưa ra các ví dụ số để so sánh với phươngpháp tuyến tính tương đương truyền thống.

Prishati Raychowdhury, Samit Ray - Chaudhuri (2015) [22] khảo sát kết câu bốntầng băng thép tương tác với đất nền chịu động đất, có xét đến tính chất phi tuyếncủa vật liệu Kết quả nghiên cứu cho thay ảnh hưởng phi tuyến của đất nén có lợicho các thành phan phi kết cau gắn vào công trình

Superstructure —>†lh.Foundation @F Beam-column elements

Hình 2.5 Mô hình dâm trên nên đàn hôi Winkler [22]S Kamagata, I Takewaki (2015) [23] đánh giá lại phản ứng phi tuyến của nên đất

hóa lỏng khi chịu các trận động đất khác nhau, gồm trận động đất Niigata-ken

(1964), trận động đất Hyogo (1995) và trận động dat Tohoku ngoài khơi bờ biểnThái Bình Dương (2011) băng cách phân tích chuỗi Fourier liên tục Sự suy giảmđộ cứng đất nền được đánh giá dựa trên miền tần số Từ các ban ghi số liệu địachan, tác giả so sánh, đánh giá ảnh hưởng hiện tượng hóa lỏng của các công trìnhchịu động đất khác nhau

Van dé tương tác két câu - dat nên cũng thu hút sự quan tâm của nhiều tácgiả trong nước, nhiều công trình nghiên cứu đã góp phần mở rộng hướng phát triên

phương pháp tính toán về đề tài này hơn

Huỳnh Hữu Thảo Nguyên (2008) [24] khảo sát ảnh hưởng sự hóa lỏng của đất băngcách phân tích đáp ứng của công trình chịu động đất, các tham số cơ học đất như hệ

số thấm, độ chat tương đối của đất, mực nước ngâm Phản ứng của khung khi xét

đến hóa lỏng cho kết quả lớn hơn nhiều so với sơ đồ ngàm Vì vậy, thiết kế côngtrình có xét đến ảnh hưởng đất nên và sự hóa lỏng của đất sẽ cho kết quả thiên về an

toàn hơn.

Thân Tan Thanh (2010) [25] tìm hiểu ứng xử động của đất nền khi chịu động đấtđối với công trình băng cách xác định độ cứng và độ cản theo cả hai phương ngangvà xoay Ứng xử động của hệ kết cau - đất nền không chỉ phụ thuộc vào đặc trưngkết câu (khối lượng, độ cứng, độ cản) mà còn phụ thuộc vào đặc trưng của móng(độ sâu chôn móng, bán kính móng, loại móng, khối lượng móng ) và đặc trưng

dat nên (van toc sóng cat, hệ sô Poisson, trọng lượng riêng ).

Pham Ngọc Tân (2012) [26] phân tích động lực học kết cầu chịu tác dụng của tảitrọng động có xét đến tương tác với đất nền được gia cường bằng các lớp Top Base.Từ kết quả thu được, tác giả cho răng đất nền được gia cường Top Base có tác dụnggiảm độ lún, tăng khả năng chịu tải cho đất nền Ngoài ra, các lớp gia cường Top

Base còn có tác dụng tăng độ cứng và độ can cho hệ kết cau.

Lương Minh Sang (2014) [15] phân tích ứng xử động học của kết cấu chịu động datcó xét đến tương tác kết cau bên trên với nền móng cọc bên dưới Kết cau bên trênđược mô hình như hệ nhiều bậc tự do chỉ xét chuyển vị ngang Các đặc tính độnglực học của móng được xác định dựa trên các mô hình của Novak và Dobry Kết

quả nghiên cứu cho thay sô lượng cọc ảnh hưởng lớn đền phản ứng của kết cau.

2.4 HỆ CÔ LẬP MONG CÓ XÉT TƯƠNG TÁC DAT NEN

Một số đề tài nghiên cứu hệ cô lập móng có xét tương tác đất nền để mô

phỏng kết cau gân với thực tê hon, có thê kê đền các tác giả sau:C.C Spyrakos, I.A Koutromanos và Ch.A Maniatakis (2009) [27] nghiên cứu ảnh

hưởng của tương tác kết cấu - đất nền lên hệ cô lập móng Các phương trình chuyểnđộng được xây dựng trong miền tần số, độ cứng và hệ số cản của đất nên là hang SỐ,không phụ thuộc vào tần số riêng của kết cấu Hệ kết câu móng - ngàm tươngđương được phát triển dựa trên đặc trưng của hệ cô lập móng Trong thiết kế sơ bộ,phương pháp nay là một trong những phương tiện dé đánh giá hiệu qua sử dụng củahệ cô lập móng có xét tương tác đất nền Nghiên cứu này cho rằng ảnh hưởng củađất nên là đáng kế đến phản ứng của hệ cô lập móng khi chịu động đất

M K Sharbatdar và các cộng sự (2011) [28] so sánh hiệu quả giảm chan của gốicao su lõi chì (LRB) và gối ma sát đơn (FPS) gần các đứt gãy địa chất, chịu ảnhhưởng lớn khi có động đất xảy ra Một mô hình phân tích ba chiều phi tuyến chịuđộng đất có xét ảnh hưởng đất nền được sử dụng để khảo sát hiệu quả của gối LRBvà FPS Nghiên cứu tập trung vào các tham số lực cắt, gia tốc và chuyển vị của hệcô lập móng Ngoài ra, tác giả còn kết luận chuyền vị lớn và gia tốc thêm vào trongbản ghi gan đứt gãy địa chất có thé thay đối đáng kế kết qua phản ứng của hệ cô lập

móng.

J Enrique Luco (2014) [29] khảo sát hệ kết cấu một tầng gắn gối cao su lõi chi(LRB) kháng chấn có xét ảnh hưởng của đất nền Tác giả thiết lập một phương trìnhchuyển động của hệ kết cầu phụ thuộc vào biên độ tần số, tỉ số cản và tải tác động(tải điều hòa) bằng phương pháp tuyến tính tương đương Kết quả số cho thay phanứng của kết cau đặt trên hệ cô lập móng không đàn hỏi có thé lớn hơn so với hệtương đương nhưng bỏ qua tương tác kết cau - đất nên

độ ảnh hưởng của các tham sô liên quan dén khả năng giảm chân của hệ kêt câu.

3.2 MÔ HÌNH BÀI TOÁN

Mô hình bài toán gồm khung phăng N tang, hệ cô lập móng có gan gối caosu lối chì (LRB) có xét ảnh hưởng của đất nền chịu tác dụng của gia tốc nền cáctrận động đất Phần thân kết câu gồm khung phăng được rời rạc hóa thành các bậctự do, khối lượng tập trung tại mỗi tầng, có độ cứng và hệ số cản xác định Phầnmóng gom gối LRB có khối lượng và độ cứng xác định Dat nên được mô hình hóathành các bậc tự do có độ cứng và hệ số cản quy đổi theo phương ngang va góc

xoay.

Luận văn su dung ket cau móng là loại móng đơn, hình tròn, bán kính a Đôi với

các loại móng đơn có hình dạng khác, luận văn sử dụng công thức quy đổi tương

a= fe (3.1)7U

với F là diện tích móng: œ là bán kính móng tròn quy đổi

đương về móng tròn như sau

` AM |m,»k, Cy ———, = | |ề | 1 4, |

| Ì >> zzzzzzz =LI E5 = ;

\ / \ SOIL HALF-SPACE /

Gia tốc nền động đất Thông số đất nềnu k, , k, , Cụ , Cc,#8

Hình 3.1 Mô hình hệ kết cầu chính của luận văn

3.3 HỆ CÔ LẬP MONG GÓI CAO SU LOI CHI (LRB)

Gối cao su lõi chì LRB gồm có hai thành phần chính: cao su có tính chất đànnhớt tuyến tính và lõi chì có tính chất đàn - dẻo tuyệt đối Các tham số đ,,Ƒ;,d, và

F, được xác định theo đường song tuyến tính [30]

Tuy nhiên, gối LRB có thể được mô hình hóa ứng xử theo đường tuyến tính băngđộ cứng tương đương K, và hệ số cản tương đương é „ phụ thuộc vào chuyền vị tôi

3.4 TƯƠNG TAC KET CẤU - DAT NEN (SSI)

Các giải pháp thiết kê kết cau có kế đến tương tác dat nên bao gôm phan ứngcủa từng thành phân cơ học đất khi hệ kết cau - dat nên chịu tải trọng tác dụng.Nhiéu kết quả nghiên cứu cho thay ảnh hưởng của đất nên là đáng kế đến ứng xửcủa công trình, đặc biệt là công trình năm trong vùng ảnh hưởng của động đất cao

Từ các nghiên cứu của mình, W.D Liam Finn (2014) [31] đưa ra nhận xét các

phương pháp tính toán kết câu có xét đến ảnh hưởng của tương tác đât nên, bao

gom:

- Hệ số tương tác quán tinh (inertial interaction)- Hệ số tương tác động nang (kinematic interaction)- Ap lực nước lỗ rỗng (seismic pore water pressures)- Ung xử phi tuyến đất nên (soil nonlinearity)

- D6 cứng mỗi nỗi (cross stiffness coupling)

- Coc chiu tai trong dong (dynamic pile)

Trong phạm vi luận văn chỉ xét đến ảnh hưởng của tương tác đất nền thông qua các

trung bình Giá trị của G được xem xét đến lớp đất mà tại đó, biến dạng của nên đấtđã ồn định

_G,xH,+G,xH,+G,xH,+G,xA,G,, (3.10)

(a) Stress-strain modulus.

Hình 3.4 Biểu đô quan hệ Ung suất - Bién dang [34]Module kháng cat G xác định từ thí nghiệm cat phăng gồm một hộp chứa mẫu cótên là hộp cắt Casagrande có tiết diện vuông hoặc tròn, tiết điện ngang khoảng 25cm? và chiều cao khoảng 2.5 cm Hộp chứa mẫu đất để cắt được chia thành hai

phân: một phân cô định và một phan di dong Ban dau dinh vi hai phan của hộp thật

khớp, mau đất được đưa vào hộp, lắp chuyển vị kế đo chuyền vị theo phương ngangvà theo phương đứng của mẫu đất Đặt lực đứngN để tạo áp lực đứng o Tac độnglực ngang T để cắt mẫu đất theo mặt phăng giữa hai phần hộp Trên mặt đất giữahai phần trượt lên nhau, xuất hiện sức chống cắt của mẫu đất cân bằng với ứng suấtcắt t do T gây ra Nếu gọi A là diện tích tiết diện ngang của mẫu dat, ứng suất pháp

T

›7=—.

6 và ứng suất tiếp t tác động lên mẫu đất có dạng: o = „HA

Kết quả thí nghiệm ghi nhận gồm: số đọc đồng hồ chuyển vị đứng, số đọc đồng hồchuyển vị ngang, số đọc lực ngang cho đến khi mẫu dat bị trượt.

| ⁄ DU Dial gauge to measure

jue ` mm—— xt |†——~> Shearing force, S

; k N7 c— mài Sẻ acc Soil sample - - ““- - - - (variable)

a,

Porous stone

Dial gauge BE px xtczricrrerrrrrcrorrrrvrơeerrrrerrrern h etto measure

shearingdisplacement, 6

Hình 3.5 Sơ do thi nghiệm cắt phang

3.4.2 Vận tốc sóng cắt

Thí nghiệm đo vận tốc sóng trong nén đất phổ biến nhất là thí nghiệmDownhole để xác định vận tốc truyền sóng dọc P và vận tốc sóng ngang S của cáclớp đất đá dọc theo thành lỗ khoan

Nguyên lý thí nghiệm: Dé thu thập dữ liệu thí nghiệm, nguồn dao động đượctạo ra băng cách đập búa trên một tắm de g6 được đặt trên mặt đất để tạo ra sóngngang và sóng dọc lan truyền trong môi trường Một loại địa chan kế được đặt tronglỗ khoan ở độ sâu cần thí nghiệm Dùng túi hơi để ép chặt các máy thu vào thànhống chống lỗ khoan sau đó thiết lập hệ thống đo đạc, cài đặt các tham số cần thiếtvà tiễn hành phép do

Trong phương pháp nay, thành phan thang đứng của máy thu được sử dụng để ghinhận các dao động thăng đứng của sóng ngang S và ngược lại, các geophone ngangsẽ chi nhận các tín hiệu dao động của sóng P Đầu vào của máy thu va đầu vào củaxung khởi động do đập búa sẽ được ghi nhận bởi máy thăm dò địa chan Tuần tựthực hiện phép đo theo khoảng cách 2m/lần một cho đến đáy lỗ khoan