Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Mô phỏng giản đồ gia tốc nền chịu động đất từ phổ phản ứng đàn hồi

TOM TAT LUẬN VAN THAC SĨLuận văn được thực hiện nhằm tìm ra một phương pháp mô phỏng giản đồgia tốc nền theo miền thời gian có dạng phố phản ứng tương đồng với phô phan ứngđàn hồi được q

MO PHONG GIAN DO GIA TOC NEN CHIU DONG DAT

TU PHO PHAN UNG DAN HOI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dung va Công nghiệpMã số ngành: 60580208

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chi Minh, tháng 7 năm 2016

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHI MINHTRUONG DAI HOC BACH KHOA

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: TS Nguyễn Hồng An

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS TS Chu Quốc Thăng

Cán bộ chấm phản biện 2: PGS TS Ngô Hữu Cường

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Truong đại học Bach Khoa, DHQG Tp Hồ ChíMinh, ngày tháng năm 2016

Thanh phan hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm1 PGS TS Bùi Công Thành — Chủ tịch

2 PGS TS Chu Quốc Thăng — Phản biện 13 PGS TS Ngô Hữu Cường — Phản biện 2

4 TS Lê Trung Kiên — Uỷ viên

5 TS Dinh Thế Hưng — Thu ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

KY THUẬT XÂY DỰNG

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: ĐOÀN THANH NHA MSHV: 13210148Ngày, tháng, năm sinh: 21/03/1984 Nơi sinh: Lâm ĐồngChuyên ngành: Xây Dựng Công Trình DD & CN Mã số: 60580208TÊN DE TÀI: MO PHONG GIẢN ĐỎ GIA TOC NEN CHIU DONG DATTU PHO PHAN UNG DAN HOI

NHIEM VU VA NOI DUNG:1 Tim hiểu các phương pháp mô phỏng giản đồ gia tốc nên.2 Thiết lập và giải quyết bài toán mô phỏng giản đồ gia tốc nền theo miễn thời

gian bằng ngôn ngữ lập trình Matlab.3 So sánh các phé phản ứng từ các giản đồ gia tốc nền đã mô phỏng với phố

phản ứng quy định trong tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.4 Đánh giá kết quả mô phỏng cho các loại nền A, B, C, D, E và các đỉnh gia

tốc nên thiết kế 0.0800g, 0.1000g và 0.1893¢.I NGÀY GIAO NHIỆM VU: 06/07/2015II NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 17/06/2016II CAN BỘ HƯỚNG DAN: TS NGUYEN HỎNG AN

Tp HCM, ngày tháng năm 2016CAN BỘ HUONG DAN CHU TICH HOI DONG NGANH

TS NGUYEN HONG AN PGS TS BUI CONG THANH

TRUONG KHOA KT XAY DUNG

LỜI CẢM ƠN ii

LOI CAM ON

Luan van Thac si nam trong hé thong bài luận cuối khóa nhằm trang bi chohọc viên cao hoc kha năng tự nghiên cứu, biết cách giải quyết những van dé cu théđặt ra trong các lĩnh vực liên quan Đó là trách nhiệm và cũng niềm tự hào của mỗihọc viên cao học.

Đề hoàn thành luận văn nảy, ngoài sự cố găng và nỗ lực của bản thân, tôi đãnhận được sự giúp đỡ nhiều từ các cá nhân và tập thé Tôi xin ghi nhận va bay tỏlòng biết ơn tới những sự giúp đỡ quý báu này

Lời dau tiên tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thay TS.Nguyễn Hồng An đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức bố ích, cungcấp nguồn tải liệu có giá trị và hướng dẫn tôi làm quen từ công việc nghiên cứukhoa học đến việc hoàn thành một Luận văn Thạc sĩ Trong quá trình làm việc, tôi

còn nhận được những lời động viên, sự nhiệt tình và những chỉ bao từ Thây, điều đó

đã giúp tôi rất nhiều không chỉ trong quá trình học tập, nghiên cứu mà còn trênnhiều khía cạnh khác của cuộc sống

Lời tiếp theo tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Kỹ thuật Xâydựng, trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đã truyền dạy những kiến thứcquý giá cho tôi, đó cũng là những kiến thức quan trọng trên con đường nghiên cứukhoa học và sự nghiệp của tôi sau này.

Lời cuối cùng, tác giả kính chúc tất cả quý thay cô, gia đình, bạn bé va đồngnghiệp luôn déi dao sức khỏe và gat hái được nhiều thành công trong cuộc sống

Luận văn Thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của

bản thân, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót Kính mong quý Thây Côchỉ dẫn thêm dé tôi b6 sung những kiến thức và hoàn thiện hơn

Tran trọng cảm ơn.

Tp Hồ Chi Minh, ngày thẳng năm 2016

Đoàn Thanh Nhã

TOM TAT LUẬN VAN THAC SĨ

Luận văn được thực hiện nhằm tìm ra một phương pháp mô phỏng giản đồgia tốc nền theo miền thời gian có dạng phố phản ứng tương đồng với phô phan ứngđàn hồi được quy định theo Tiêu chuẩn Thiết kế động đất hiện hành của Việt Nam

Công việc được bắt đầu với việc tìm một phương pháp đã được sử dụng trênThế Giới để áp dụng phù hợp với các đặc tính riêng của vùng Việt Nam, hoặc tìm ramột phương pháp mới với đủ độ tin cậy để thực hiện nhiệm vụ được giao Trongquá trình nghiên cứu, luận văn đã tìm hiểu nhiều phương pháp cũng như phép biếnđối khác nhau có thé mô phỏng được giản đồ gia tốc nền theo miền thời gian Sauquá trình nghiên cứu và phân tích, luận văn đã lựa chọn mô phỏng giản đồ gia tốcnền băng phương pháp tông các ham dang sóng sin Phương pháp nay được xuấtphát từ mô hình phé năng lượng đã được chuẩn hoá, kết hợp với ham dang dé môphỏng các giản đồ gia tốc nền theo miễn thời gian Khi đã xây dựng và kiểm chứngđược phương pháp mô phỏng, luận văn tiếp tục hiệu chỉnh các giá trị hệ số trongmô hình phô năng lượng nhăm mô phỏng được giản đồ gia tốc nền có pho phản ứngbám theo phố phản ứng đàn hồi quy định trong Tiêu chuẩn hiện hành tại Việt Nam.Vì đây là phương pháp xuất phát từ các hàm dạng sóng sin với góc pha ngẫu nhiên,nên kết quả sau mỗi lần phân tích đều khác nhau, tuy sự khác biệt này là hợp lý vàcó sai số nhỏ, nhưng để đánh giá một kết quả thì luận văn đã lẫy theo giá trị trungbình của một số lượng mô phỏng đủ lớn Cuối cùng, sau nhiều lần mô phỏng và làmcác thay đối có trình tự cho các thông số trong phương pháp, luận van đã dé xuấtđược các bộ số giúp mô phỏng các giản đồ gia tốc nền có phd phản ứng đáp ứngđược yêu cau của phố phan ứng dan hồi quy định trong Tiêu chuẩn Việt Nam quyđịnh.

LỜI CAM ĐOAN iv

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan day là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫncủa Thầy TS Nguyễn Hồng An

Các kết quả trong luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở cácnghiên cứu khác.

Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình

Tp HCM, ngày tháng năm 2016

Đoàn Thanh Nhã

Mục lục

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨ <5 55s %9 9sESeE sEsEsEssesesere iLOT CAM ƠNN 2.55 HH HH enrertserkserksee iiTOM TAT LUẬN VAN THAC SĨ - << << S9 99SeEeEeEeeesexeeeeesesee iiLOT CAM ĐOANN 5< 791g g1 91 rksessee ivj7 0077 ỐốỐố.ố.ố.ố.ố Ầ.ẦẦ.ềẦềe Vv

Miu Luc CAC HIMN D00 ỐốỐốỐốỐốỐốỐốốốốốố ViliMục luc các Dang biỀu - << << << %9 9 9g cư cư cư gegeee XIVKi Wid Viet tat m XVChương 1: Tổng quaI 5 5 << 9999292995 e2 xxx vu u52 11.1 G01 thigu 01 |1.2 Tình hình nghiên cứu trên Thế Giới - ¿<< k+k+k+E£E£E+EeEeEeErerees 21.3 Tình hình nghiên cứu trong nƯỚC - << << eeeeeeesesssssss 3Chương 2: Cơ sở lý fUYẾC 2-5-5 5-5 5 5% Sư Cư 9 99999 9 vu cuee 42.1 Khái niệm một số thông số trong kỹ thuật động đất - 5-5 42.1.1 Giản đồ gia tốc nỀn s1 H111 1111111111 xe 42.1.2 Dinh gia tốc nền (PGA) - «k1 E11 1111515111151 42.1.3 Cường độ Arias (ÏA) 1111190001111 11k khe 52.1.4 Khoảng thời gian hiệu dụng - 5555522235655 rrerrrses 52.2 Phố năng lượng (PSÌ) s31 E111 5251111 52.2.1 Mô hình phố năng lượng Kanai — Tajimi 5-52 25s 2 +s+x+s+£s£erezxd 62.2.2 Mô hình phố năng lượng Clough — Penzien hiệu chỉnh - 8

Mục lục VI

2.3 Mối quan hệ giữa đỉnh gia tốc nền và cường độ nền - 5 554 92.4 Hàm dạng của giản đỗ gia tốc nỀn - - 6xx SE#E#ESESESExEkrkrkrkeeeeeed 92.4.1 Hàm dạng hình thang - << << cGc 1111331111 1111999853311 111111111 rrrrree 102.4.2 Ham dạng cong trơn Shinozuka — Sato - << << cSsssssssesssssss 102.4.3 Hàm dang cong trơn Saragoni — Hart - << 55s << +++sssssssss 112.4.4 Hàm dạng kết hop.o cccccccccscscsssscscsescsesecsssscsessssvsvsvscsesesesesecscacasavavavens 122.4.5 Hàm dạng theo pho phản ứng đàn hồi - + 2 s2 +x‡Eeeeeeeecse 132.4.6 Nhận xét về hàm dạng giản đồ gia tốc nên - + csesEsrerereei 142.5 Tiêu chuẩn Thiết kế công trình chịu động đất tại Việt Nam 142.5.1 Giá trị gia tốc nền thiết Kế đữg, - «c3 EEEESESEEExEkEkrkrkrecers 152.5.2 Phố phan ứng đàn hồii «+ sex EEEESESEEEkEeEerrererers 152.6 Dữ liệu tải trọng động dat trong phân tích động lực học 182.7 Mô phỏng giản đồ gia tốc nền theo phương pháp tổng các hàm dạng sóng

38 192.7.1 Giới thiệu phương pháp - << << cc 1111311111 1111558855311 1511111111 rrrrree 202.7.2 VÍ dụ SỐ SH TH TH HH re 202.8 Mô phỏng giản đỗ gia tốc nên theo phố phản ứng dan hồi quy định bởi

TCVN 9386:2012 [2 4] 5c c1 12221111311 111811181111 re 26Chương 3: Kết qua phân tích SỐ - << << 555555 xxx cv ceeeeeesesese 273.1 GiO1 thigu CHUONG SẼ 273.2 Kiểm chứng thuật toat cccccccccccscssssssssssssssscsesesesssesscscscecessvavaceeavevevens 273.3 Mô phỏng giản đồ gia tốc nền với đích là PGA 5 scscsescse 323.4 Mô phỏng giản đồ gia tốc nền với đích là phổ phản ứng đàn hỏi theo

TCCVN 9386:2012 [24| - G5 S99 ng nen 57

3.4.1 Mô phỏng giản đồ gia tốc nền với tỉ số cản là 5%, PGA=0.10g cho nền

loại A theo TCVN 9386:2012 [24[ 75 2-< 55+ sssseerreses 603.4.2 Mô phỏng giản đồ gia tốc nền với tỉ số cản là 5%, PGA=0.1g cho nền

loại B theo TCVN 9386:2012 [24] - 2-55 +++<<ss+sssseeesses 643.4.3 Mô phỏng giản đồ gia tốc nền với tỉ số cản là 5%, PGA=0.10g cho nền

loại C theo TCVN 9386:2012 [24] - << 55+ +++<<ss+ssseeeessss 683.4.4 Mô phỏng giản đồ gia tốc nền với tỉ số cản là 5%, PGA=0.10g cho nền

loại D theo TCVN 9386:2012 [24] 75 2 5c SS+SSsssseerreses 713.4.5 Mô phỏng giản đồ gia tốc nền với tỉ số cản là 5%, PGA=0.10g cho nền

loại E theo TCVN 9386:2012 [24| 5552555 **++<sssssserreses 753.4.6 Mô phỏng giản đồ gia tốc nền với tỉ số cản là 5%, PGA=0.08¢ cho nền

loại A, B, C, D, E theo TCVN 9386:2012 [24] - 2-5 <<: 793.4.7 Mô phỏng giản đồ gia tốc nền với tỉ số cản là 5%, PGA=0.1893g¢ cho

nên loại A, B, C, D, E theo TCVN 9386:2012 [24] -5- 833.5 Đề xuất hệ số và công thỨC cv EEgEgEgrererrreree 863.5.1 Hé số tính cường độ nền khi mô phỏng giản đồ gia tốc nền theo đích

3.5.2 Công thức và hệ số xây dựng hàm phố năng lượng nên theo đích là phố

phản ứng dan hồi của tiêu chuẩn Việt Nam - - 5 s+x+x+eeesescee 87Chương 4: Kết luận và Kién nng| - << <5 5s xxx xceeeeeeesesese 904.1 Kếtluận Ă HH He 904.2 Kiến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo - 5 +s+EsEsEExvereexeeeeeed 91Tai liu tham kha 6077 9200 97LY LICH TRÍCH NGANG -° <5 5 5 S5 sE3E3ESESeEEEeE S4 3 3 3 9 3 5 555509 98

Mục lục các hình vẽ Vill

Mục luc các hình vẽ

Hình 2.1 Phố năng lượng phương ngang trên nền bôi tích [29] - - 5: 6Hình 2.2 Phố năng lượng Kanai — Tajimi cho chuyển động nền phương ngang —bồi tích (alluvium), bồi tích trên đá (alluvium on rock) và đá (roek) s: 7Hình 2.3 Phố năng lượng Kanai — Tajimi cho chuyển động nền phương đứng — bồitích (alluvium), bồi tích trên đá (alluvium on rock) và đá (rock) - s «se: 8Hình 2.4 Mô hình phố năng lượng Kanai — Tajimi dé xuất và mô hình phổ nănglượng Clough — Penzien hiệu chỉnh 5 5 2222222291111 1155555 .2 9Hình 2.5 Ham dạng hình thang với 4 =3 s, 4 =lŠ5 s, 7= 20 s 10Hình 2.6 Hàm dạng Shinozuka — Sato ( =0.045z, B, =0.05Z) 11Hình 2.7 Ham dạng Saragoni — Hart ( £ = 0.2, 7= 0.Š) -Ă Sky 12Hình 2.8 Hàm dạng kết hop cccccccccccssssssssssssscsescsesesecscscscsssssvsvsvscsesesecscscnsasavevavens 13Hình 2.9 Ham dang theo pho phan ứng 6 + E+E#E#E£E#ESESEeEEEEverkrvreceei 14Hình 2.10 Phố phản ứng đàn hồi cho các loại nền từ A đến E (độ cản 5%) theo912651102001 P10 1 18Hình 2.11 Phố gia tốc giả lập cho 2 bộ ghi chan (a) LA10/50 và (b) LA2/50 19Hình 2.12 Lưu đồ giải thuật mô phỏng giản đồ gia tốc nên 5-5565: 22Hình 2.13 Biéu đồ pha ngẫu nhiên - - + 2E SE #ESEEEE+EEEEEEEEEErErkerrrerererkd 23Hình 2.14 Mô hình phố năng lượng do Clough và Penzien hiệu chỉnh với 23Hình 2.15 Biểu đỗ biên độ A 52c re 24Hình 2.16 Biểu đồ hàm không dừng a(†) c6 + ‡E#E#E#ESESESEEEkrkrkrkrecees 24Hình 2.17 Hàm dạng Saragoni — Hart [35] với ¢ = 0.2, 7 =0.05 [36] 25Hình 2.18 Giản đồ gia tốc nền theo miền thời gian - 5-5-5222 5s+x+E+£s£erezxd 25Hình 3.1 Các kết quả đích của kiểm chứng + 2-2 + + +EE+E+E+E+EeEErEreeeereei 28Hình 3.2 Mô hình phô năng lượng Kanai — Tajimi 5-5 2 25s +s+x+x+£s£erezxd 29Hình 3.3 Mô hình hàm dạng - - - - ( - - (<< << 5 5511113833311111159883311 111111111 kg v2 29Hình 3.4 Gian đồ gia tốc nền mô phỏng ngẫu nhiên lần 1/5 55-55: 29

Hình 3.5 Gian đồ gia tốc nền mô phỏng ngẫu nhiên lần 2/5 5-5655: 30Hình 3.6 Gian đồ gia tốc nền mô phỏng ngẫu nhiên lần 3/5 5555: 30Hình 3.7 Gian đồ gia tốc nền mô phỏng ngẫu nhiên lần 4/5 5-5555: 30Hình 3.8 Gian đồ gia tốc nền mô phỏng ngẫu nhiên lần 5/5 5655: 31Hình 3.9 Gian đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s? số 01/20 5s: 34Hình 3.10 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớic6 00/00 34Hình 3.11 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=1 m2/s số 02/20 : 35Hình 3.12 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớif6 0/7/00 35Hình 3.13 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s? số 03/20 : 36Hình 3.14 Biểu đồ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớiGo=1 7/s? 06/20 36Hình 3.15 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s? số 04/20 - s: 37Hình 3.16 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớic6 li 2) 37Hình 3.17 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s? số 05/20 : 38Hình 3.18 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớiCT6 09200 38Hình 3.19 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s số 06/20 : 39Hình 3.20 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớic6 li 70 39Hình 3.21 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s? số 07/20 - s: 40Hình 3.22 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớif6 0/00 40Hình 3.23 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s? số 08/20 : 41Hình 3.24 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớiGo=1 m/s? số ()Ñ/2() - 6-5 22t 2219E12112219211211211211211211111211111211111111211111 11x 41Hình 3.25 Gian đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s? số 09/20 5s: 42

Mục lục các hình vẽ X

Hình 3.26 Biêu đô và giá trị cường độ Arias của giản đô gia tôc nên mô phỏng vớic6 li 2) 42Hình 3.27 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s số 10/20 : 43Hình 3.28 Biểu đồ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớic6 l6 20 43Hình 3.29 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s số 11/20 : 44Hình 3.30 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớic6 6 0n 44Hình 3.31 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s? số 12/20 : 45Hình 3.32 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớic6 n0 45Hình 3.33 Gian đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s? số 13/20 : 46Hình 3.34 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớic6 chẽ 46Hình 3.35 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s3 số 14/20 - -: 47Hình 3.36 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớic6 n6 2) 47Hình 3.37 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s số 15/20 : 48Hình 3.38 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớif6 n9 48Hình 3.39 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s số 16/20 : 49Hình 3.40 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớic6 6n 7) 49Hình 3.41 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s số 17/20 : 50Hình 3.42 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớic6 ly 50Hình 3.43 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s? số 18/20 : 51Hình 3.44 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớiGo=1 m/s? SỐ IÑ/2() 5 22t22t‡EE9E21221921121121122112112112112111112111111211111 11tr 51Hình 3.45 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s số 19/20 : 52

Hình 3.46 Biêu do và giá trị cường độ Arias của giản đô gia toc nên mô phỏng vớic6 6n 20 52Hình 3.47 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với Go=l m2/s? số 20/20 - -: 53Hình 3.48 Biểu đỗ và giá trị cường độ Arias của giản đồ gia tốc nền mô phỏng vớic6 6/0 53Hình 3.49 Gian đồ gia tốc nền mô phỏng với PGA=0.08g 556cc: 55Hình 3.50 Gian đồ gia tốc nền mô phỏng với PGA=0.1Ũg - 5 556562: 56Hình 3.51 Giản đồ gia tốc nền mô phỏng với PGA=0.32g 5 sex: 56Hình 3.52 Lưu đồ giải thuật mô phỏng giản đồ gia tốc nền có phố phản ứng đànhồi bám theo pho phản ứng đàn hồi quy định trong TCVN 9386:2012 [24] 59Hình 3.53 Gian đồ gia tốc nền từ 01/20 đến 08/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại A của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 lÚg, -QĂS Series 60Hình 3.54 Gian đồ gia tốc nền từ 09/20 đến 16/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại A của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 lÚg, -QĂS Series 61Hình 3.55 Gian đồ gia tốc nền từ 17/20 đến 20/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại A của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 lÚg, -QĂS Series 62Hình 3.56 Phổ phan ứng trung bình của 20 trận động đất được mô phỏng so vớipho phản ứng đàn hồi quy định trong TCVN 9386:2012 [24] cho nên loại A 62Hình 3.57 Gian đồ gia tốc nền từ 01/20 đến 08/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại B của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 LŨg - 5-52 Sccccsctrxerererereee 64Hình 3.58 Giản đồ gia tốc nền từ 09/20 đến 16/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại B của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 [Ũg - 5-52 Scccckctrerererereee 65Hình 3.59 Gian đồ gia tốc nền từ 17/20 đến 20/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại B của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 LŨg - 5-52 Sccccsctrxerererereee 66Hình 3.60 Phổ phan ứng trung bình của 20 trận động đất được mô phỏng so vớipho phản ứng đàn hồi quy định trong TCVN 9386:2012 [24] cho nên loại B 66Hình 3.61 Gian đồ gia tốc nền từ 01/20 đến 08/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại C của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 LŨg 2-5-5255 cckctrkerererereee 68Hình 3.62 Gian đồ gia tốc nền từ 09/20 đến 16/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại C của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 LŨg 2-5-5255 cckctrkerererereee 69

Mục lục các hình vẽ XI

Hình 3.63 Gian đồ gia tốc nền từ 17/20 đến 20/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại C của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 LŨg 2-5-5255 cckctrkerererereee 70Hình 3.64 Phổ phản ứng trung bình của 20 trận động đất được mô phỏng so vớipho phản ứng đàn hồi quy định trong TCVN 9386:2012 [24] cho nền loại C 70Hình 3.65 Gian đồ gia tốc nền từ 01/20 đến 08/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại D của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 l0g -2- 5c Scccccterererkerkered 71Hình 3.66 Gian đồ gia tốc nền từ 09/20 đến 16/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại D của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 l0g -2- 5c Scccccterererkerkered 72Hình 3.67 Giản đồ gia tốc nền từ 17/20 đến 20/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại D của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 10g -55-ccccccccxererererkee 73Hình 3.68 Phổ phản ứng trung bình của 20 trận động đất được mô phỏng so vớipho phản ứng đàn hồi quy định trong TCVN 9386:2012 [24] cho nên loại D 73Hình 3.69 Gian đồ gia tốc nền từ 01/20 đến 08/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại Eeủa TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 Ũg 5-5-5 Scccckctrerererereee 75Hình 3.70 Gian đồ gia tốc nền từ 09/20 đến 16/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại E của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 I0g 5- 2S: cckctrketererereee 76Hình 3.71 Gian đồ gia tốc nền từ 17/20 đến 20/20 mô phỏng với tỉ số cản 5%, nềnloại E của TCVN 9386:2012 [24] và PGA=0 I0g 5- 2S: cckctrketererereee 71Hình 3.72 Phổ phan ứng trung bình của 20 trận động đất được mô phỏng so vớipho phản ứng đàn hồi quy định trong TCVN 9386:2012 [24] cho nên loại E 77Hình 3.73 Phố phan ứng trung bình của 20 trận động đất được mô phỏng so vớiphô phản ứng đàn hồi quy định trong TCVN 9386:2012 [24] cho nền loại A (hìnhtrên) — sai số 1.80% và loại B (hình dưới) — sai số 4.25% + + sex 79Hình 3.74 Phổ phan ứng trung bình của 20 trận động đất được mô phỏng so vớiphô phản ứng đàn hồi quy định trong TCVN 9386:2012 [24] cho nền loại C (hìnhtrên) — sai số 4.63% và loại D (hình dưới) — sai số 1.93% - sec 80Hình 3.75 Phố phan ứng trung bình của 20 trận động đất được mô phỏng so vớipho phản ứng dan hỏi quy định trong TCVN 9386:2012 [24] cho nên loại E — sai số

Hình 3.76 Phổ phan ứng trung bình của 20 trận động đất được mô phỏng so vớiphô phản ứng đàn hồi quy định trong TCVN 9386:2012 [24] cho nền loại A (hìnhtrên) — sai số 4.75% và loại B (hình dưới) — sai số 3.35% - + + sex 83Hình 3.77 Phổ phan ứng trung bình của 20 trận động đất được mô phỏng so vớiphô phản ứng đàn hồi quy định trong TCVN 9386:2012 [24] cho nền loại C (hìnhtrên) — sai số 2.37% và loại D (hình dưới) — sai số 4.25% - + sex 84Hình 3.78 Phổ phan ứng trung bình của 20 trận động đất được mô phỏng so vớipho phản ứng dan hỏi quy định trong TCVN 9386:2012 [24] cho nên loại E — sai sốR 85Hình 3.79 Biéu đồ phổ năng lượng luận văn đề xuất cho các nên loại A, B, C, D, Etheo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 [24], (PGA=0.08g) - - ccretsesrsrererees 88Hinh 3.80 Biéu dé phé năng lượng luận van đề xuất cho các nên loại A, B, C, D, Etheo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 [24], (PGA=0 108) - - ccscsvsesrsrererees 88Hinh 3.81 Biéu dé phé năng lượng luận van đề xuất cho các nên loại A, B, C, D, Etheo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 [24], (PGA=0.1893g) -57ccccccccccesrrseed 89

Mục lục các bảng biêu XIV

Mục lục các bảng biêu

Bang 2.1 Các thông số của mô hình phổ năng lượng Kanai — Tajimi 6Bang 2.2 Các loại nền theo TCVN 9386:2012 [2.4], 5-5 +c+c+x+Esesesrererees 16Bang 2.3 Giá trị của các tham số mô ta các phổ phan ứng dan hồi theo TCVND386:2012 P 170 7ẦĂ 18Bang 3.1 Giá trị đỉnh gia tốc và cường độ Arias của 20 giản đồ gia tốc nền được

0800101150286) 0.0/21 ắaắa A 54

Bang 3.2 Phân tích các kết qua của 20 giản đồ gia tốc nền được mô phỏng với 54Bang 3.3 Các hệ số luận văn dé xuất cho mô hình phố năng lượng đối với nên loạiA, B va D theo TCVN 9386:2012 [2-4]| - 2c 32111332 1111111111 1xx rreg 87Bang 3.4 Các hệ số luận văn đề xuất cho mô hình phố năng lượng đối với nên loạiC và E theo TCVN 9386:2012 |2 44| Ặ 5 1n HH HH ng, 87

Ki hiéu viet tat

Dinh gia tốc nền (peak ground acceleration)Giây (second)

Cuong do Arias (Arias intensity)Phố năng lượng (power spectral density)Hệ số tam quan trọng

Gia tốc nên thiết kế trên nên loại ADinh gia tốc nền tham chiếu trên nên loại ASố nhát đập trong thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)Giá trị trung bình của vận tốc truyền sóng cắt trong 30m phía trên củamặt cat nền nơi có biễn dang cat bằng hoặc thấp hơn 10-5

Tỉ số cản nhớt của kết cầuHệ một bậc tự do (single degree of freedom)Gia tốc trọng trường (g=9.81 m/s?)

Điểm thời gian chuyển động nền đạt 5% cường độ AriasĐiểm thời gian chuyển động nền đạt 45% cường độ AriasĐiểm thời gian chuyển động nền đạt 95% cường độ AriasTy số cản của nền

Tan số của nênCường độ của nềnTham số lọc nhiễu trong mô hình phổ năng lượng Clough — Penzienhiệu chỉnh

Tổng thời gian của giản đồ gia tốc mô phỏngTham số điều chỉnh hình dạng trong mô hình hàm dạng Shinozuka —Sato

Tham số điều chỉnh hình dạng trong mô hình ham dang Saragoni —

Hart

Kí hiệu viết tat XVI

Pha ngẫu nhiên thứ n

Tan số vòng thứ nBước tan sốBiên độ thứ nHàm dạng của giản đỗ gia tốc nềnĐộ dài gia tốc nền mô phỏngBước thời gian mô phỏngTổng bước thời gian mô phỏngHàm không dừng

Giản đồ gia tốc nềnChu kỳ

Dinh gia tốc nên mô phỏng với ham phổ năng lượng xác định khiG, =1

Ham pho năng lượngHệ sô hiệu chỉnh

Chương 1: Tổng quan

Chương này giới thiệu tông quan về tâm quan trọng của việc mô phỏng giảnđô gia toc nên chịu động dat, tình hình nghiên cứu của các tác trong và ngoài nướccó liên quan đên luận văn cũng như mục tiêu và hướng nghiên cứu của dé tài.

1.1 Giới thiệu

Động đất hay địa chan là sự rung chuyền của nền Hầu hết mọi sự kiện độngđất xảy ra tại ranh giới của các mảng kiến tao là phần thạch quyền Trái Dat Độngđất xảy ra gây rất nhiều thiệt hại cho con người và các công trình xây dựng [1]

Trong quá trình phân tích và thiết kế công trình chịu động đất, các kỹ sư luônphải quan tâm tới các mục tiêu như công trình không bi hư hỏng khi nén rung lắcnhẹ, giảm thiểu thiệt hại nghiêm trọng khi nên rung lắc mạnh, đảm bảo an toàn vềtính mạng con người, môi trường tự nhiên, môi trường nhân tạo, hạn chế các rủi rovề xã hội và kinh tế theo các chuân được chấp thuận Để đáp ứng tầm quan trọngcủa công việc được giao, các kỹ sư cần có sự hiểu biết sâu về dữ liệu địa chấn, tiêuchuẩn thiết kế, đặc trưng của kết cau, phương pháp phân tích cũng như kiểm soátchất lượng trong quá trình xây dựng

Hiện nay, tính toán công trình chịu động đất có 2 phương pháp chính là phântích tĩnh và phân tích động Phân tích tĩnh thường được xây dựng trên mô hình mộthoặc nhiều bậc tự do để giải quyết các bài toán tuyến tính và phi tuyến Tuy phântích tĩnh được xem là đơn giản và đã được áp dụng trong các tiêu chuẩn thiết kế củacác nước trên Thế Giới, nhưng độ chính xác của phương pháp van còn là van dé cầnđược nghiên cứu khi áp dung cho công trình như: kết cau cầu [2] kết câu khungthép [3] khung bê tông cốt thép [4] Và trong nhiều trường hợp thì phân tích tĩnhkhông đáp ứng hết các ứng xử của kết cấu [5] Phân tích động có độ chính xác caohơn phân tích tĩnh, mô hình có thể mô phỏng bằng khung không gian Trong phântích động, tải trọng thay đổi theo từng bước thời gian nên quá trình mô phỏng và

Tổng quan 2

tính toán tăng lên rất nhiều lần so với phân tích tĩnh, đó cũng là bất lợi của phươngpháp này Tuy nhiên, với sự phát triển của phương pháp tính và công nghệ máy tính,đã có nhiều phần mềm thiết kế đáp ứng được các yêu cầu phân tích động phi tuyếncủa kết cau như OpenSees [6], Drain 2D [7], CSI Perform 3D [8] Do đó, việc lựachọn tải trọng động cho đầu vào của quá trình phân tích sẽ được các nhà chuyênmôn quan tâm đên nhiêu hơn.

Không chỉ riêng ở nước ta mà tại các vùng khác trên Thế Giới, tải trọng độngđất biểu diễn bằng các ghi chan gia tốc thực là một nguồn dữ liệu quan trọng nhưnglại thường không day đủ khi phân tích công trình chịu động đất Các ghi chấn đôikhi còn được yêu cau riêng cho những công trình đặc biệt quan trọng như lò phanứng hạt nhân, đập, cau, bổn chứa nhiên liệu Trước yeu cầu đó, đã có nhiều nghiêncứu đề xuất các phương pháp về lý thuyết hoặc thực nghiệm nhằm mô phỏng giảnđồ gia tốc khi xảy ra khi động đất Để sự dự đoán này được chính xác, các phươngpháp mô phỏng phải được xây dựng từ sự tương thích mô hình và thực tế, cácnguồn dữ liệu đã có, các đặc trưng địa chân hoặc các thông số về nên, cường độđộng đất lớn nhất có thể xảy ra tại khu vực ân định trong các Tiêu chuẩn thiết kế

Nhằm đáp ứng cho các yêu cầu phân tích bài toán động theo miễn thời gian,luận văn này nhằm mục đích mô phỏng các giản đồ gia tốc nền bằng phương pháplý thuyết Cường độ của các giản đồ gia tốc mô phỏng được so sánh và đánh giádưới dạng phô phản ứng của hệ một bậc tự do dan hồi với cùng dạng pho này đượcquy định trong tiêu chuẩn thiết kế động đất hiện hành của Việt Nam

1.2 Tinh hình nghiên cứu trên Thế Giới

Mô phỏng chuyển động nền khi xảy ra động đất đã được nhiều tác giả trênThế Giới đề xuất hoặc phát triển như: Mô hình AS00 [9], phương pháp tổng cáchàm dạng sóng sin [10], phương pháp lọc nhiễu trang [11], phương pháp mô hìnhmật độ quang phổ [12], mô hình phan tử hữu hạn của hệ thống các vết gãy [13], môhình dùng biến đổi Wavelet [14, 15] và Wavelet Packet [16], mô hình biến đổiNeural Networks [17, 18], mô hình biến đổi Hilbert — Huang [19]

13 Tinh hình nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, động đất thường xuất hiện nhiều ở miền Bắc với sự xuất hiệncủa các vết đứt gãy dạng trượt (strike-slip faults), độ lớn của các trận động đất từ5.0 đến 6.8 độ Richter bao gồm một số vị trí như động đất Điện Biên (năm 1935,M=6.8 va 2001, M=5.3), trận động đất Lục Yên (1953, 1954, M=5.4), va trận độngđất Tuần Giáo (năm 1983, M=6.7) Năm 2005, một mạng lưới địa chan gồm 24 máyghi địa chân băng thông rộng đã được triển khai tại Việt Nam trong một nỗ lực hợptác giữa Viện Vật lý địa cầu Việt Nam (VIG) và Viện Khoa học Trái đất tạiAcademia Sinica, Đài Loan (IESAS) Tuy vay, Việt Nam vẫn được đánh giá làkhông đủ dữ liệu cho các hồ sơ chuyển động nên theo lịch sử thời gian tại các địađiểm cụ thể, việc này dẫn đến những khó khăn cho việc phân tích và thiết kế các kếtcầu như cầu [20] đập bể chứa chat lỏng, lò phản ứng hạt nhân dưới tác động củatải trọng động đất

Dự đoán chuyển động nên đã xuất hiện tại Việt Nam gân đây như: đề tài môphỏng tải trọng động đất sử dụng mô hình ngẫu nhiên trình bày trong luận văn caohọc của Dao Đình Nhân năm 2005 [21], Dinh Văn Thuật với bai báo về sử dụngchuỗi Fourier tạo giản đỗ gia tốc nên từ phố phản ứng đàn hồi tương ứng với tiêuchuẩn Việt Nam [22], Trần Thị Mỹ Thành với báo cáo mô phỏng trận động đấtĐiện Biên M=5.3 [23]

Thiết kế công trình chịu động đất tại Việt Nam đã được đưa vào tiêu chuẩnquốc gia từ năm 2007 và hiện hành với tên gọi TCVN 9386:2012 — Thiết kế côngtrình chịu động dat [24] được biên soạn trên co sở chấp nhận Eurocode 8 [25] có bổsung hoặc thay thế các phần mang tính đặc thù Việt Nam Theo các chỉ dẫn củaTCVN 9386:2012 [24], chúng ta có phô phản ứng đàn hồi cho các loại nền từ A đếnE và các giá trị đỉnh gia tốc nền thiết kế cho từng khu vực cụ thể, đây cũng chính làco sở dé xây dựng các giản đồ gia tốc nền tương ứng cho các loại nên và đặc trưngđịa chất từng vùng mà tiêu chuẩn quy định Đó cũng là hướng nghiên cứu và ứngdụng của dé tài trong luận văn này.

Cơ sở lý thuyết 4

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương nay trình bày các co sở lý thuyết cần thiết dé sử dụng trongphương pháp mô phỏng giản đồ gia tốc nền theo phương pháp tong các hàm dạngsóng sin.

2.1 Khái niệm một số thông số trong kỹ thuật động đất

Thông sô dé dự đoán độ mạnh, thời gian kéo dai, hướng của các sóng không những là lớn về sô lượng mà còn mang tính ngâu nhiên rât cao Tuy vậy, đâycũng chính là các "manh môi” dé dự đoán một chuyên động nên có thê xảy ra tạimột khu vực xác định.

2.1.1 Giản đồ gia tốc nên

Giản đồ gia tốc nền là đồ thị biểu diễn các giá trị gia tốc của chuyển độngnền theo trục thời gian Theo biểu diễn của giản đỗ gia tốc nền các nhà nghiên cứusẽ có được các thông số như thời gian tăng về cường độ, thời gian kéo dài về cườngđộ va thời gian suy giảm về cường độ của một trận động đất, điểm thời gian mà tạiđó gia tốc nên đạt cực đại

2.1.2 Đỉnh gia tốc nền (PGA)

Đỉnh gia tốc nền (PGA) là biên độ của gia tốc đỉnh lớn nhất ghi lại trên mộtgiản đồ gia tốc của quá trình chuyên động nền PGA thường được sử dụng như mộttham số mô ta độ mạnh của chuyên động nền mặc dù nó chỉ có ý nghĩa trong mộtkhoảng thời gian phân tích ngắn của kết cấu (7 <0.3 giây) [26] Trong hồ sơ củamột trận động đất có thể có các PGA theo phương đứng và phương ngang khácnhau theo các hướng.

2.1.3 Cường độ Arias (IA)

Nham xác định bản chat vật lý của năng lượng trong một quá trình chuyểnđộng nên, năm 1970 Arturo Arias [27] mot kỹ sư người Chi Lê đã đưa ra mộtthước do dé đánh giá độ mạnh của các trận động đất thông qua giản đồ gia tốc dangsóng của nên theo thời gian:

[A= l a(t) | dt (m/s 2.1

Với g là gia tốc trọng trường, z(/) là sóng gia tốc theo thời gian, f, là tong thờigian hữu hiệu của sóng gia tốc

2.1.4 Khoảng thời gian hiệu dụng

Năm 1975, Trifunac va Brady định nghĩa thêm các giá trị Ds-o5 là khoảngthời gian xác định tại thời điểm chuyển động nên đạt được 5% và 95% gia tri nănglượng IA, giá tri này thé hiện thời gian rung lắc mạnh của nên, một thông số quantrọng trong quá trình phân tích phi tuyến của kết cau Ngoài ra, giá trị tnia được đềxuất thêm nhăm xác định khoảng giữa của giai đoạn rung lắc mạnh của nên, theonhững báo cáo của Trung tâm nghiên cứu Kỹ thuật Động đất Thái Bình Dương thìtmin được xác định tại thời điểm cường độ Arias đạt được 45% về giá tri [28] Côngthức xác định cho các giá trị Ds-95 và tmia như sau:

D3_95 = tos —ts (2.2)bia = Las (2.3)

Với fs, tus, fos là các điểm thời gian chuyển động nền đạt được 5%, 45% và95% giá tri năng lượng IA.

2.2 Pho năng lượng (PSD)

Phố năng lượng (PSD) của một quá trình chuyển động nên có thé được mô tabởi một hàm phức tạp biến thiên thiên theo miền tần số va chứa nhiều thông số như:chu kỳ trội, bề rộng dai, tần số trung tâm, hệ số hình dạng Trên Hình 2.1 biểu diễnphố năng lượng cho các ghi chan nên bồi tích [29]

Bang 2.1 Các thông số của mô hình phổ năng lượng Kanai — Tajimi

} cự or Cuong độ

Phương chuyến động và Số ghi Tan so T¡ so can nên

loại nên chấn | nên ƒ„ (Hz) nên È„ G,(1/1:)

Phương ngang- Bồi tích (Alluvium) 161 2.92 0.34 0.102- Bồi tích trên đá (Alluvium 60 3.64 0.30 0.078on rock)

- Da (Rock) 26 4.30 0.34 0.070

: , a » £ > Cuong độPhuong chuyén dong va SỐ ghi Tan so T¡ so can 3

nên

loại nên chấn | nên Ha nênfy (H:) Š% |) gương

Phương đứng- Bồi tích (Alluvium) 78 4.17 0.46 0.080- Bồi tích trên đá (Alluvium 29 4.63 0.46 0.072on rock)

Hình 2.3 Phổ năng lượng Kanai — Tajimi cho chuyền động nên phương đứng —

bồi tích (alluvium), bôi tích trên đá (alluvium on rock) và đá (rock)2.2.2 Mô hình pho năng lượng Clough — Penzien hiệu chỉnh

Dựa trên nền tảng của mô hình phố năng lượng của Kanai [30] và Tajimi[31] Clough và Penzien [32] đã phát triển mô hình với các thông số được xác địnhnhư sau:

4 2 22

trong đó:G, là cường độ nên;

Ose lần lượt là tần số vòng va tỉ số cản của nên;O,,6, là các tham số lọc nhiễu

Trên Hình 2.4 biểu diễn phổ năng lượng Kanai — Tajimi dé xuất và phố năng lượng

Clough — Penzien hiệu chỉnh với: Go=1 m2/s, @.=12.5 rad/s, &=0.6, @=2.00 rad/s,

E=0.7

Hình 2.4 Mô hình phổ năng lượng Kanai — Tajimi dé xuất va mô hình phổ năng

lượng Clough — Penzien hiệu chỉnh

2.3 Môi quan hệ giữa đỉnh gia tốc nên và cường độ nên

Dinh gia tốc nền là một thông số phổ biến để ước tính độ mạnh trong hồ sơcủa các chuyển động nên khi động đất Các thông số này đã được quy định trongcác tiêu chuân thiết kế công trình chịu động đất hiện hành Dé mô tả được mối quanhệ giữa đỉnh gia tốc nên và cường độ nên, người ta đã tiễn hành với 500 các môphỏng và dé xuất công thức xác định như sau [33]:

2.4 Ham dạng của giản đồ gia tốc nền

Hàm dạng của giản đô gia tôc nên không chỉ ảnh hưởng tới tông năng lượngcủa một trận động đât mà còn biêu diễn quá trình tăng, kéo dài và suy giảm cườngđộ của một trận động đât Đã có nhiêu tác giả đê xuât các mô hình khác nhau cho

Cơ sở lý thuyết 10

hàm dạng của giản d6 gia tốc nền như: ham dạng hình thang, hàm dang cong tron,hàm dạng kết hợp mỗi loại hàm dạng có các ứng dụng khác nhau phụ thuộc vàomục đích phân tích Trong chương này sẽ giới thiệu một số dạng hàm dạng của giảnđồ gia tốc

2.4.1 Hàm dạng hình thang

Hàm dạng hình thang được dé xuất với các giá trị ty, 2, 7» tương ứng với vớicác điểm thời gian kết thúc quá trình tăng về cường độ, bắt đầu quá trình giảm vềcường độ và tong thời gian xảy ra động đất Trên Hình 2.4 biểu diễn ham dạng hìnhthang trong tổng thời gian 20 giây

1.24 LL

0.8 fF

—

I—— 0.6 =

LU

0.470.257

0 | L L

0 5 10 15 20 25

t(s)Hình 2.5 Ham dang hình thang với t,=3 s, t, =158, T, =20s

2.4.2 Hàm dang cong tron Shinozuka — Sato

Hàm dạng cong tron do Shinozuka va Sato [34] dé xuất được xác định theobiểu thức sau:

Ev()=C-|e -e" |-H() (2.7)trong đó: /) là hàm chứa tham số về thời gian; các giá trị By, Bz là các hệ số điềuchỉnh hình dạng.

Hình 2.6 Ham dạng Shinozuka — Sato (B, =0.0457, B, =0.057)

2.4.3 Hàm dang cong trơn Saragoni — Hart

Hàm dang cong trơn được Saragoni va Hart [35] đề xuất xác định theo biểuthức sau:

12Cơ sở lý thuyết

1 2 LJ q LJ Ỉ T

1 iz oy 4é *,

+ N

*a “# AS

⁄ ÑL 2 40.8 I N

L L L L

10 15 20 25 30 35

t (s)

00 5

Hình 2.7 Ham dang Saragoni — Hart (e = 0.2, 7 = 0.05)

2.4.4 Ham dang két hop

Kết hop giữa ham dạng hình thang va hàm dạng cong tron, Jennings [37] đãdé xuất ham dạng biểu diễn bởi ba phần: Đường cong lõm bậc 2 cho quá trình tăngcường độ, đường thăng năm ngang tại giá trị bang 1 cho quá trình kéo dải cường độvà đường cong mũ của cơ sô e cho quá trình suy giảm cường độ của một trận độngđất Hàm dạng kết hợp có thé được xác định theo biéu thức sau:

(t/t), 0<4<¢;

Enix (f)41, 4 <tSt; ; (2.12)

e“,f,<f<ÏÌ

(2.13)a=c-(f—t;),

trong đó: í,,í;, ƒ tương ứng với các điểm thời gian kết thúc quá trình tăng về

trỊ:các giácường độ, bat dau quá trình giảm về cường độ và tat dao động của giản đô gia toc

VỚIhợpnên; c là hệ số điều chỉnh hình dạng

dién hàm dạng kếtHình 28 biểu

í =3s, £=10s, 7, =20s, c=—0.25 [38].

1.2 T T T T T T T T T

0.8 F— 0.6 F0.470.27

1, 0.107), <¢<0.307,:

gn — gmEru()=)y 5 Tội 0.307, </<0357) `T

Khi kết hợp giữa các đặc trưng về địa chân học và các chi chân động đất đãxảy ra, người ta có thể đề xuất các hàm dạng cụ thể cho từng khu vực.

Trong giới hạn nghiên cứu của luận văn này, hàm dạng được lựa chọn sửdụng cho các mô phỏng giản đồ gia tốc nền là hàm dạng do Saragoni và Hart[35] đề xuất với các thông số ¢ =0.2, 7 =0.05 [36]

Tiêu chuẩn Thiết kế công trình chịu động đất tại Việt NamTiêu chuẩn TCVN 9386:2012 — Thiết kế công trình chịu động đất [24] là tiêuchuân hiện hành tại quôc gia Việt Nam, và được biên soạn trên cơ sở châp nhậnEurocode 8: Design of structures for earthquake resistance [25], có bố sung hoặcthay thế các phần mang tính đặc thù Việt Nam

2.5.1 Giá trị gia tốc nền thiết kế az

Theo TCVN 9386:2012 [24] gia tốc nên thiết kế được xác định bởi công thức:

a, = 7, Ap, (2.16)

với dor là đỉnh gia tốc nền tham chiếu trên lãnh thé Việt Nam va 7 là hệ số tầm quantrọng của công trình Theo giá trị của ag, TCVN 9386:2012 [24] chia động đấtthành ba trường hợp:

e Động đất mạnh as> 0.08g, phải tính toán và cầu tạo kháng chan;e Động đất yếu 0.04g < a.< 0.08g, chi cần áp dụng các giải pháp kháng chan

đã được giảm nhẹ;e Động dat rất yếu ap< 0.04g, không can thiết kế kháng chan.2.5.2 Pho phản ứng đàn hồi

Phố phan ứng đàn hồi là tên gọi tắt của phố phản ứng gia tốc đàn hồi, phổnày biêu diễn chuyên động dat tại một điêm cho trước trên bê mặt.

Dạng của phố phan ứng dan hồi được lay như nhau đối với hai mức tác độngđộng dat với yêu câu không sụp đô và với yêu câu hạn chê hư hỏng.

Dạng cong phổ: Trong Eurocode 8 [25] kiến nghị dùng hai dạng đường congphố, đường cong phố dang 1 dùng cho những vùng có cường độ chan động Ä⁄¿>5.5,đường cong phố dạng 2 dùng cho những vùng có cường độ chấn động M:<5.5.Trong tiêu chuân TCVN 9386:2012 [24] sử dụng đường cong phố dạng 1 vi phanlớn các vùng phát sinh động đất của Việt Nam có cường độ chan động M.>5.5

Loai nén: Cac loai nén A, B, C, D va E duoc mé ta bang các mặt cắt địa tầng,

các tham số cho trong Bang 2.2 và được mô tả dưới day, có thể được sử dụng để kểdén ảnh hưởng của điêu kiện nên tới tac động động dat.

cứng có bề dày ít nhất hàng chục mét,tính chất cơ học tăng dần theo độ sâu.C | Dat cát, cuội sỏi chặt, chặt vừa hoặc đất | 180-360 15-50 | 70-250

sét cứng có bé day lớn từ hang chục tớihàng trăm mét.

D | Đất rời trạng thái từ xốp đến chặt vừa | < 180 < 15 <70(có hoặc không xen kẹp vài lớp đất

dính) hoặc có đa phần đất dính trạngthái từ mềm đến cứng vừa

E | Địa tâng bao gôm lớp đất trâm tíchsông ở trên mặt với bé day trongkhoảng 5 m đến 20 m có giá trị tốc độtruyền sóng như loại C, D và bên dướilà các đất cứng hơn với tốc độ truyềnsóng Ƒ; lớn hơn 800 m/s.

Phố phản ứng đàn hỏi S.(7) theo phương nằm ngang được xác định bang cáccông thức sau:

1.<T<T;: SD) =a, 8-9-2551), (2.19)Ty <T <4s: S(T) =a, 8-9 2.5+ FB (2.20)

trong do:— %(7) là phố phản ứng dan hồi;— Tlà chu kỳ chuyển động của hệ tuyến tính một bậc tự do;— ag là gia tốc nên thiết kế trên nền loại A;

— Tp là giới hạn dưới của chu kỳ, ứng với đoạn nam ngang của phô phản ứnggia tốc;

— Tc là giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn năm ngang của phô phản ứnggia tốc;

— Tp là giá trị xác định điểm bắt đầu của phan phản ứng dịch chuyển không đôitrong phố phan ứng:

— Š là hệ số nên;— Tị là hệ số điều chỉnh độ can với giá trị tham chiếu: rị = 1 đối với độ cản nhớt

5 %, các giá tri khác của Trị có thể xác định theo biểu thức sau:

n= 10/(5 +¿) = 0.55, (2.21)

với € là tỉ số cản nhớt của kết cấu, tinh bằng phan trăm

Gia tri của chu ky 7p, Tc, Tp va của hệ số nên S mô ta dạng pho phan ứngđàn hồi phụ thuộc vào loại nên, néu không xét tới địa chất tang sau

Đối với 5 loại nền A, B, C, D, va E, giá trị các tham số S, 7b, 7c va Tp đượccho trong Bảng 2.3, các dạng pho được chuẩn hóa theo ae với độ can 5% được choở Hình 2.10.

Cơ sở lý thuyết 18

Bang 2.3 Giá trị của các tham số mô tả các phô phản ứng đàn hồi theo TCVN

9366:2012 [24]Loại nên S Tp (S) Tc (s) Tp (s)

A 1.0 0.15 0.4 2.0

1.2 0.15 0.5 2.0

C 1.15 0.20 0.6 2.0D 1.35 0.20 0.8 2.0E 1.4 0.15 0.5 2.0

TS)

Hình 2.10 Phổ phản ứng đàn hôi cho các loại nên từ A đến E (độ can 5%) theo

TCVN 9386:2012 [24]

2.6 Dữ liệu tải trọng động đất trong phân tích động lực học

Trong phân tích động lực học công trình chịu tai trọng động đất, dữ liệu củatải trong có tính ngẫu nhiên rất cao nên cần được lay theo bộ gồm 20 các ghi chankhi phân tích một vùng nao đó [40] Trong Hình 2.11 biểu diễn phô gia tốc giả lậpcho các bộ ghi chan LA10/50 và LA2/50 [40]

0 0.5 1 15 2 điệu 3 0 0.5 1 13 2 2:5 3

Period (sec) Period (sec)

Hình 2.11 Phổ gia tốc giả lập cho 2 bộ ghi chan (a) LA10/50 và (b) LA2/502.7 Mô phỏng giản đồ gia tốc nền theo phương pháp tổng các hàm dạng

sóng sin

Việc mô phỏng một giản đồ gia tốc nền theo miễn thời gian thường được bắtđầu với các thông số ngẫu nhiên và các lý thuyết ngẫu nhiên Dựa trên nền tảngphân tích năng lượng của các ghi trần thực của các trận động đất, Kanai [30] vàTajimi [31] đã đề xuất các phố năng lượng xác định theo các thông số về tỉ số cản,tan số và cường độ nền (xem thêm mục 2.2.1) Tiếp theo đó, dựa trên nền tảng củamô hình phố năng lượng Kanai — Tajimi, Clough và Penzien [32] đã phát triển va déxuất phố năng lượng chứa thêm các hệ số hiệu chỉnh và lọc nhiễu (xem thêm mục2.2.2).

Dựa trên phố năng lượng và kết hợp với quan niệm các sóng chuyển độngnên có dạng sóng sin, mô phỏng giản đồ gia tốc nền theo phương phương pháp tôngcác hàm dạng sóng sin đã được Gasparini và Vanmarcke [10] giới thiệu năm 1976.Phương pháp đã được nhiều tác giả trên thế giới áp dụng cho các mô phỏng độngđất như: Mô phỏng chuyển động nên đá với thông số của vận tốc truyền sóng cắt[41] mô phỏng giản đồ gia tốc nền tại Kuala Lumpur cho chu kỳ xuất hiện động đất500 năm và 2,500 năm [42], mô phỏng động đất trong dự án đập Xiluodu [43], giảlập chuyển động nén cho thiết kế nhà máy điện hạt nhân tại Lianyungang [38] Cũng dựa trên phương pháp này công ty Seismosoft [44] đã xây dung và thươngmại hoá phần mềm SeismoArtif để mô phỏng các giản đồ gia tốc nền với ứng vớicác phố phản ứng đàn hồi và phi đản hồi

Cơ sở lý thuyết 20

2.7.1 Giới thiệu phương pháp

Cơng thức tổng quát dé mơ phỏng giản đồ gia tốc nên theo phương pháp tổngcác hàm dạng sĩng sin:

N

a,(t)=E(t)> 4, sin(0„! + ø,), (2.22)

n=l

trong do:

Ø„ 0, và A, tương ứng là pha ngau nhiên, tân sơ vịng va biên độ của ham

sin thứ ø Với 4, được xác định theo phố năng lượng Œ(ø) tại mỗi khoảng chiađều Ao, 4, =42-G(ø„)-Aø ;

E(t) là hàm dạng của giản đỗ gia tốc nền;a, (t) là giản đồ gia tốc nên:

t là độ dài gia tốc nền mơ phỏng, cĩ đơn vi là thời gian;N là tổng bước thời gian được chia theo ¢

— Tỉ số cản Ceo— Tham số lọc nhiễu O, Và ors— Giá trị hệ số PGA, ¬

Bước 2: Tính miền tần số © (@nin=0.5-27/Tinax, Omar=2.0°217/T nin).

2

Bước 3: Tính cường độ nền G, = PCA”

PGAG -;

Bước 4: Xây dựng hàm phố năng lượng G(o)

Bước 5: Xây dựng hàm biên độ 4(ø) với 4, =./2-G(a,,)-Ao

Bước 6: Xây dựng hàm pha ngẫu nhiên ø.Bước 7: Xây dựng miễn thời gian mô phỏng

Bước 8: Xây dựng hàm dạng #()

NBước 9: Tính hàm không dừng a(t)= >) 4,sin(ø„f + øØ,).

1

Tính cường độ nền dat

Go!Xây dựng hàm phổ năng lượng

a,(t)= E(t)- a(t)

Hình 2.12 Lưu đô giải thuật mô phỏng giản đô gia tốc nên