- Cơ sở lý thuyết động lực học của bai toán động dat.- Các phương pháp phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất, và các quy định trong một số tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đấ
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYÊN HÀO HIỆP
TÍNH TOÁN TÁC ĐỘNG CUA TAI TRONG DONG DAT
LEN CONG TRINH BEN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
T.p Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2013
Trang 2Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Nguyễn Thế Duy
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Trần Thu Tâm
Cán bộ cham nhận xét 2 : TS Phạm Trung Kiên
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Truong Dai học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCMngày 10 tháng 01 năm 2013.
Thành phân Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ gôm:
1 TS Nguyễn Danh Thao
2.TS Trần Thu Tâm
3 TS Phạm Trung Kiên
4 TS Nguyễn Thế Duy
5 TS Truong Ngọc Tường
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG KHOA QUAN LÝ CHUYÊN NGANH
Trang 3ĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Nguyễn Hào Hiệp MSHV: 11020363
Ngày, tháng, năm sinh: 12/08/1987 Nơi sinh: Hải Phòng
Chuyên ngành: Xây dựng công trình biến Mãsố: 6058 45I TEN DE TAI: Tinh toán tác động của tai trọng động dat lên công trình bến
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Khái niệm cơ bản về động đất, hoạt động động đất và tác hại của nó đối vớicông trình bến cảng
- Cơ sở lý thuyết động lực học của bai toán động dat.- Các phương pháp phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất, và các quy định
trong một số tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất.- Các mô hình hệ cọc-đất nền đối với bến bệ cọc cao khi xảy ra động đất.- Vận dụng lý thuyết tính toán ví dụ cho công trình bến chịu tải trọng động đất.H.NGÀY GIAO NHIEM VU: 02/07/2012
II NGÀY HOÀN THIEN NHIEM VU: 30/11/2012IV CAN BỘ HUONG DAN: T.S Nguyễn Thế Duy
Tp Hồ Chi Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2012.CÁN BO HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
KHOA QUAN LÝ CHUYEN NGÀNH
Trang 4Luận van này được thực hiện va hoàn thành tại Bộ môn Củng - Công trình biển,Khoa Kỹ thuật xây dựng, Trường Dai học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh dưới sựhướng dan của T.S Nguyễn Thế Duy.
Hoàn thành luận văn này, tác giả muốn được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối vớiT.S Nguyễn Thế Duy, người đã giành nhiễu công sức hướng dan, đóng gop ý kiếncũng như động viên, giúp đỡ tác giả Đông thời, tác giả cũng chân thành cảm ơncác giảng viên trong Bô môn Cảng - Công trình biển, cũng như Khoa Kỹ thuật xâydựng, Trường Dai học Bách khoa Tp Hỗ Chi Minh đã lận tình truyền đạt nhữngkiến thức quý bdu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quátrình học tập nghiên cứu và ciing như khi thực hiện dé tài luận văn
Xin được cam ơn bạn bè đã luôn động viên, chia sẻ, giúp đỡ, và có những ý kiênđóng gop quý báu nham hoàn thiện nội dung của luận văn này Cũng xin gui lờicảm on toi cơ quan công tac và các đồng nghiệp đã tạo điêu kiện thuận lợi giúp tôihoàn thành khóa học này.
Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình - tuy không thể ở bên cạnh tôi, nhưng đã luôngiành tình thương yêu, tin tưởng và ung hộ tôi trong suốt quá trình học tập và thực
hiện luận văn này.Xin chán thành cảm ơn!
Tp Hô Chi Minh, tháng 11 năm 2012
Tác giả luận văn
Nguyễn Hào Hiệp
Trang 5TÓM TẮT
Động đất là dạng hiện tượng gây ra thiệt hại về con người và tài sản cho côngtrình bến cảng Vì vậy, việc tính toán chống động đất cho công trình bến là hết sứccần thiết, tuy nhiên thực tế tại Việt Nam lại chưa được quan tâm đúng mức Nộidung chính của luận văn bao gồm tìm hiểu ban chất của hiện tượng động đất, hoạtđộng động đất và các tác động của động đất lên công trình bến cảng
Cơ sở động lực học của bài toán động đất và các phương pháp chung trong phântích tác động của động đất lên kết cầu được xem xét Các quy định trong các tiêuchuẩn thiết kế kháng chan được nghiên cứu áp dụng đối với công trình bến cảngchịu tác động động đất
Kết cầu bến bệ cọc cao, dạng kết cấu bến pho bién trong thuc té, la dang kết cầunhạy cảm với động đất Phản ứng của bến bệ cọc cao khi có động đất phụ thuộcnhiều vào tương tác giữa cọc-đất nên (SSI) Các phương pháp mô hình hóa sự làmviệc của cọc trong đất được tìm hiểu cu thé, đặc biệt là trong điều kiện động đất
Trong ví dụ cụ thé, mô hình kết cấu bến bệ cọc cao thực tế được tính toán nhamlàm rõ tác động của động đất lên công trình bến, các phương pháp phân tích tácđộng động đất và các mô hình nền trong tính toán công trình bến bệ cọc cao chịu tảitrọng động đất, luận văn đã tiễn hành tính toán cho một công trình bến trong thực tế.Kết quả tính toán cho thay tac dong cua dong đất lên kết cầu bến bệ coc cao, chủyêu là lên nên cọc của bên cũng như làm giảm khả năng chịu tải của đât nên.
Trang 6Seismic causes many disasters to humans and facilities assets of wharf.Therefore, the analysis of wharf during earthquake is essential, however the fact inVietnam, it has not been adequate attention The main contents of the thesis includeunderstanding the essence of the seismic, seismic activity and the performance ofwharf structures during earthquakes.
The basis of the dynamics of the seismic analysis and the overall methods ofanalysis of the impact of earthquakes on structures are studied The contribution andrelevance of various national seismic design codes was also reviewed and topropose seismic methods applied to wharf structures in Vietnam.
Pile-supported wharf which is used widely in fact, is sensitive to differentseismic load The reaction of pile-supported wharf during the earthquakes dependson the effects of soil-structure interaction (SSI) The modeling method of soil-structure interaction was reviewed, especially in earthquake conditions.
In a particular example, the modeling of pile-supported wharf was generated toclarify the impact of the earthquake on pile-supported wharf, seismic analysismethods and models soil-structure interaction of pile-supported wharf duringearthquakes The results of the example show that the impact of the earthquake onthe pile-supported wharf, mainly on the piles and reduce the load bearing capacityof the soil.
Trang 7LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu thực sự của cả nhán Luận vănđược thực hiện trên cơ sở nghiên cứu ly thuyết và dưới sự hướng dân khoa hoc cua
T.S Nguyễn Thế Duy
Cac số liệu, kết qua thực hiện của luận văn là trung thực và chưa tung được
công bô dưới bat kỳ hình thức nào
Tác giả luận văn
Nguyễn Hào Hiệp
Trang 80ï 2 ẰšẰŠẼš na |I0 11” VilDanh mục hình - 1211333111111 0121111111111 10 100 1 n1 ra 1X
AY CO >) Cn 11 Đặt vẫn d6 voce cccccscscscssescsescscsssscsescsssessesescscsssssssscsssssessssesssssssessseseeseens |
2 Phương pháp nghiÊn CỨU G1 990001 re 3
3 Nội dung và phạm Vi dé tải - ¿+ S2 S623 E9 5E E3 E51 E5 12111111111 cxe, 3CHUONG 1: DONG DAT VA TÁC ĐỘNG LÊN CONG TRÌNH BÉN 51.1 Khái niệm chung về động dat - 5-5252 3E E1 121 1511111111111 xe 51.1.1 Định ngĩa động đất 5-5-5 S13 1E S1 1 1511111110121 1111111111111 cxe 51.1.2 Nguồn gốc động đất - - +5 St E1 1 12151111111 012111111 1111111011 gye 61.1.2.1 Động đất có nguồn gốc từ hoạt động kiến tạo -s: 61.1.2.2 Động đất có nguồn gốc từ các đứt gãy -cccccccecerererree 71.1.2.3 Động đất có nguồn gốc từ các nguồn gốc khác -: 81.1.3 Sóng địa chan va sự truyền sóng dia chẵn ¿ - 2 +c+c+ccscezeresree 81.1.3.1 Sóng địa chấn 5-52 S211 1E 111111151111 11 0111111111101 1111 rk 81.1.3.2 Anh hưởng của nên dat tới chuyển động động đất 91.1.3.3 Ảnh hưởng của chuyên động động đất tới nền đất 101.1.4 Cấp và độ lớn của động đất - - +52 t2 E121 151111111111 re 111.1.4.1 Cấp động dat ccc ccccsccscscsssscscssscsssscscssssssssssessssssesssessesseeees 111.1.4.2 Độ lớn của động đất - - - c2 E2 ST re 131.1.5 Diễn biến của hoạt động động 0 cccecesescesecececesssvecscececeesevevscececeevevacees 141.1.5.1 Hoạt động động đất trên thé giới - - 2 255 5s+c+escscsced 141.1.5.2 Hoạt động động đất tại Việt Nam 5-5252 Scceccsesrerered l61.1.6 Các số liệu động đất được sử dụng trong thiết kế -. - - 5: 19
Trang 91.2 Tác động của động đất lên công trình + 2 2+s+£+E+££E+E£xzezrzrerereee 191.2.1 Tác động của động đất lên công trình - ¿55 + 2£s+scx+esrzrsrsreee 191.2.2 Tác động của động đất lên công trình bến 5-5-5 5+s+s+x+E+xzescez 201.2.2.1 Tac động của động đất lên công trình bến - 2 eee 201.2.2.2 Tác động của động đất lên kết cầu bến trọng lực 221.2.2.3 Tác động của động đất lên kết cau bến tường cừ - 231.2.2.4 Tác động của động đất lên kết cầu bến bệ cọc cao - 24CHƯƠNG 2: CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC TÍNH TOÁN KẾT CÂU CHỊU
TAL TRỌNG ĐỘNG DAT 5-5s-sc se se se ssseseseses 262.1 Dao động của hệ kết cau đàn hồi tuyến tinh cesses 26
2.1.1 Dao động của hệ một bậc tự do động - csserees 26
2.1.1.1 Phương trình chuyển động - ¿+2 - + 2 2 SE+E£EsEzErxrkrrereee 262.1.1.2 Dao động của hệ chịu tải trọng điều hòa - 2 2 25555552 272.1.1.3 Dao động của hệ chịu tai trọng xung ngắn hạn -<< 292.1.1.4 Dao động của hệ chịu tải trọng bất 1 292.1.1.5 Dao động của hệ chịu tai trọng động đẤẲ St eryco 302.1.1.6 PhO phản ứng động đất ¿- 5 5252232 +ESEEE£EEErEeErrkrkrsred 322.1.2 Dao động của hệ nhiều bậc tự do động c1 1n re, 332.1.2.1 Phương trình chuyển động - + ¿2-5 + 2 2 2E+E£EsEzErErerrereee 332.1.2.2 Dao động của hệ chịu tai trọng động đẤẲ St eryco 362.1.2.3 Phố phản ứng của hệ nhiều bậc tự do động chịu
tải trọng động đất - +5: c St tt TS 111212111101 1111 2110 x11 re 392.1.2.4 Tổ hợp phản ứng lớn nhất - + ¿5-5 52 S2 2E+E£E+£z££Ezxzesree, 402.2 Dao động của hệ kết cầu không dan hồi ¿5-5-5 252 5525+£+£££szscc+ẻ 422.2.1 Phản ứng không đàn hồi của kết cấu chịu tải trọng động đất 422.2.2 Phương trình chuyển động của hệ không dan hồi - 44
2.2.2.1 Hệ một bậc tự do động ĂĂ BS 111131311 1188555111112 44
2.2.2.2 Hệ nhiều bậc tự do động - + 2 2 552E+E2E£E£E£EzEeEerrerered 46
Trang 102.2.2.3 Phuong pháp giải phương trình lượng gia chuyển động 46CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÁC ĐỘNG CỦA
DONG DAT LEN CÔNG TRÌNH BÉN 5-5-5s5<<- 483.1 Các phương pháp phân tích công trình bến chịu tác động động đất 483.1.1 Phân tích đàn hồi tuyến tinh - ¿+5 - + 2 2 +E£E+E2EEE£E£E+EeEEErkrsrkrree 48
3.1.1.1 Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương - -«««- 48
3.1.1.2 Phương pháp phân tích phô phản ứng - 25 25 +52 se: 50
3.1.1.3 Phương pháp phân tích dạng chính << - «5S S2 52
3.1.2 Phân tích phi tuyỀn ¿ - 52522121 E2 2 121212151111 11 1111511111111 tk 543.1.2.1 Phương pháp tĩnh phi tuyến - ¿+2 - 2 252 2E+E+E+£z£E£ezereeree 54
3.1.2.2 Phương pháp tích phân từng bước - << - «s2 55
3.2 Một số tiêu chuẩn thiết kế chống động đất cho công trình bến 563.2.1 Quy định trong Tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 221-95 -5- -s+c+css¿ 563.2.1.1 Nguyén c1 DD 57
3.2.1.2 Tải trọng tính tOắñ - << ng kg 57
3.2.1.3 Hệ số động hỌc + 2523331 1 1515113111111 cxckrkd 593.2.1.4 Tổ hop phản ứng động của công trình ¿5-55 scs+s+szszx2 603.2.2 Quy định trong Tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 375:2006 6l
3.2.2.1 Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương theo quy định của
Trang 11-iv-3.2.4 Quy định trong Tiêu chuẩn thiết kế POLA Seismic Code 3.2.4.1 Nguyên tắc thiết kẾ ¿- + + S23 3 E2 E111 1511111111111 xe.3.2.4.2 Tải trọng thiết kế - + <5 1 1E 121 1512111111111 111111110111 y3.2.4.3 Chuyển vị mục tiÊU - ¿- ¿6 S2 S121 E2 2E 1211151 11111111 Eee3.3 Lựa chọn phương pháp phân tích tải trọng động đất lên công trình bến 3.3.1 Lựa chọn theo mức độ phức tạp của kết cấu ccc CS sec rersksersed3.3.2 Lựa chọn theo quy trình thiết kế theo quy định của PLANC 3.4 Trình tự thiết kế kháng chan cho công trình bến - 2 2 2555252:CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH NEN CUA KET CÂU BEN BE COC CAO KHI
CHIU TAC DONG CUA ĐỘNG ĐẤTT < <5 << << <seses4.1 Phần loại mô hình làm việc của coc trong đẤẲ TT ng ngu4.2 Mô hình móng coc sử dụng chiều sâu quy đổi - 2 5 25s+s+cscse:4.2.1 Chiều sâu quy đổi theo quy định trong tiêu chuẩn thiết kế cảng biến
4.2.1.1 Mặt nền giả định ¿5 - +52 S23 1E 1 1212151111111 1 11 xe.4.2.1.2 Chiều sâu quy đỔi -¿- + S2 SES3 1 1511112121511 2111111 exre.4.2.2 Chiều sâu quy đồi theo quy định trong tiêu chuẩn thiết kế móng cọc
TCXD 205:1996 Ặ Go ng
4.3 Mô hình tương tác coc-dat nỀn ¿- - 525222 E2 E121 151211121111 xe,4.3.1 Mô hình nền đàn hồi -¿-5+- 5+2 tre
4.3.1.1 Phương pháp của Chang G SH nhe.
4.3.1.2 Phương pháp của hệ số nền theo Bowles - + c+c+csss24.3.1.3 Phương pháp hệ số nên theo JRA 5- 52 2 22s+£+£z£zcscs24.3.2 Mô hình tương tác cọc-đất nên theo quan hệ đường cong p-y
4.3.2.1 Phương pháp của Kubo (PHRRÌ) - << -ĂĂSSSS+ seesss4.3.2.2 Phương pháp theo APÍ - << 5 11390301011 111 99 3 11 ng ngư.
4.4 Lựa chọn mô hình tính toán nền COC - - 5 6s +£+E+E+E+£eEsEsxzxzesee l4.5 Tính toán sức chịu tải của cọc khi xảy ra động dat -. - |
Trang 124.5.1 Sức chịu tải trọng nén của cọc theo đất nền khi xảy ra động đắt 1014.5.2 Sức chịu tai trọng nhồ của cọc theo đất nên khi xảy ra động đắt 103CHƯƠNG 5: Vi DỤ TÍNH TOÁN TAC ĐỘNG CUA ĐỘNG DAT
TRONG THIET KE CONG TRINH BEN BE COC CAO 1045.1 Mô ta công trình, vi tri và điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng 1045.1.1 Điều kiện địa chat khu vực xây dựng công trình - 55+: 1045.1.2 Kết cầu cơ bản của bến - - + 525226 3E E1 1 1512251121111 15111 E xe, 105
5.1.2.1 Tải trọng khai thác - - << - c1 SH vn 105
5.1.2.2 Kết câu chính của bến ccccccccscscssescssescesescesesceseseeseseeseseeseseeseseesees 1065.2 Thiết kế kết cầu bến -¿-©- + SE SE E215 E1 121215151121 211111 11111 xe 1075.2.1 Thiết kế bên với điều kiện khai thác thông thường - 1095.2.1.1 Tải trong và t6 hợp tải trọng c5 cecscxctsrrrrkerrree, 1095.2.1.2 Mô hình hóa kết cẫu - + ¿2E E2 E2 2E2E£ESEEE£E£ErEeErrersrsred 1095.2.2 Thiết kế bến với điều kiện xảy ra động dat 1125.2.2.1 Tải trọng và tổ hợp tải trong - 5-5-5 25222 x+esEccsrtresreee 1125.2.2.2 Mô hình hóa kết cấu - - + 2+2 +E+E+E2EEEE£E£E2EEEEEEEEEErvrreee 1145.3 Kết quả tính tOái ¿-¿- 2-52 SE S219 E1 1112151511 21211115 1111111151111 Te xe 1155.3.1 Kết quả nội lực kết cẫu -¿ ¿6E + S221 1 1215212121 2151515 11111111 xe 1155.3.2 Kết quả tính toán sức chịu tải cla COC 5- - cc+tsESESEeErkrkrkrerered 1195.4 Nhận xét kẾt Qua cccccccccscscscscscscscscscscscscscscscsssesssscscscscavevscsssssvsssessesssssecseas 1195.4.1 Nhận xét kết quả nội lực eee ceecccsesesesescsessesesescsssssesesssesseseseseseeeeess 119
5.4.1.1 Nhận xét kết quả trường hợp xảy ra động đất và trường hợp
khai thác thông thường - «<< + 11999 1 vn rg 119
5.4.1.2 Nhận xét kết quả các phương pháp phân tích tai trọng động dat 1225.4.1.3 Nhận xét kết quả các mô hình làm việc của nền cọc 1255.4.2 Nhận xét kết quả tính toán sức chịu tải của đất nên -. -¿ 1285000.002755 1291 Tóm tat nội dung đã thực hiện ¿-¿- - + 2S 2E£E+EEEEE£E£E#ESEEEErErErkrrerees 129
Trang 13-VỊ-m0 eecceccecesescesscscececsscevscsceceesevsvscececscavacscecessvavacacesssavavacucessacacneeees 1313 Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo ¿5- 52 2 2 2+£+£+£z£cszereee 132TÀI LIEU THAM KHAO <-< 5-5-5 S9 4 4 44s ssseseseseseEeEssee 133
3:18800/900055— PLI-IPHU LUC 920055 PL2-IPHU LUG 3 2-e<e°e€©S€©EES£€EE4EEE4eEEEdeEEEdeEEEdeEEedeEEedoEEeeoevserie PL3-1
Trang 14Bang 1-1.Bang 1-2.Bang 1-3.
Bang 3-1.Bang 3-2.Bang 3-3.Bang 3-4.
Bang 3-5.Bang 3-6.Bang 3-7.Bang 3-8.Bang 4-1.Bang 4-2.Bang 4-3.Bang 4-4.Bang 4-5.Bang 4-6.Bang 5-1.
DANH MỤC BANG
Thang cấp động dat theo MSK-61 : G- tt SS* 23 121521 121111 xe 11
Mối quan hệ tương đối giữa gia tốc đỉnh và cấp động dat 12
Mối quan hệ tương đối giữa độ lớn động đất, gia tốc đỉnhvà cấp động đất - c1 15 212131311111101 1111110101 1111 2121311 1y 0 14Giá trị của các tham số mô tả phô thiết kế theo phương ngang 64
Phân loại nên đất theo quy định TCXDVN 375:2006 -5- 64Giá trị các tham số mô tả phô thiết kế theo phương thang đứng 66
Phạm vi áp dung các phương pháp phan tích theo mức độphức tạp của kết cấu - ¿6E 1E E121 1511111217111 1111111111111 30Mức độ hư hỏng giới hạn khi thiết kế công trình bến chịu động dat 81
Phận loại công trình tương ứng với mức động đất - 32
Loại công trình dựa trên độ quan trọng của công trình bến cảng 82
Lua chọn phương pháp phan tích tương ứng với loại công trình 83
Gid tri hé $6 No, / 7/18 91
Trang 15-VIII-Bảng 5-2 Kết quả tính toán nội lực của phân đoạn bến trường hợp
khai thác thông thường - ng 116Bang 5-3 Két qua tính toán nội lực cua phân đoạn bến khi có động đất
(phương pháp tĩnh lực ngang tương đương) «5c s<<<<<«2 117Bang 5-4 Két qua tính toán nội lực cua phân đoạn bến khi có động đất
(phương pháp phổ phản ứng) - + 2 255 2 2£ £££E£E+Ez££Ezx+ezeeree 118Bang 5-5 Kết quả tinh toán sức chịu tai cỦa COC 5-5 c+ccsrsrerrerererered 119Bang 5-6 So sánh nội lực của của một số cầu kiện của bến
(THỊ và TH3, mô hình ngàm giả định) - 555 << <<<<<++2 119
Bang 5-7 So sánh nội lực của của một số cau kiện của bến
(THỊ và TH3, mô hình đường cong p-y theo APÌ]) «««<<+- 120
Bang 5-8 So sánh nội lực của của một số cau kiện của bến
(TH2 và TH3, mô hình ngàm giả định) - 5555 << <<<<<++2 122
Bang 5-9 So sánh nội lực của của một số cau kiện của bến
(TH2 và TH3, mô hình đường cong p-y theo APÌ]) -«««<<+- 123
Bang 5-10 So sánh nội lực của của một số cầu kiện của bến TH
(Mô hình ngam giả định, mô hình đường cong p-y theo API) 125
Bang 5-11 So sánh nội lực của của một số cầu kiện của bến TH3
(Mô hình ngam giả định, mô hình đường cong p-y theo API) 125
Trang 16Hình 1-1.Hình 1-2.Hình 1-3.Hình 1-4.Hình 1-5.Hình 1-6.Hình 1-7.Hình 1-8.Hình 1-9.Hình 2-1.Hình 2-2.Hình 2-3.Hình 2-4.Hình 2-5.Hình 2-6.Hình 3-1.Hình 3-2.Hình 3-3.Hình 3-4.Hình 3-5.Hình 3-6.
DANH MUC HINH
Minh họa vi tri phát sinh động 0 5Cơ chế phát sinh động đất tại các đứt gãy -. ¿-¿-555cc+csccsce¿ 8Ban đồ phân bồ tâm chấn trên thế giới oo eeseeeseseeeeeeeeeees 15
Phân bố chan tâm động đất ở Việt Nam và khu vực kế cận 17
Thiệt hại cho bến cảng do trận động đất Kobe, Nhật Bản (1995) 21
Thiệt hại cho bến cảng do trận động đất Haiti (2010) - 21
Sự phá hoại của kết cau bến trọng lực khi chịu tác động động đất 22
Sự phá hoại của kết cau bến tường cu khi chịu tác động động đắt 23
Sự phá hoại của kết câu bến bệ cọc cao khi chịu tác động động đắt 25
Đồ thị biến thiên của hệ số động D theo /Ö 2-2-6 s+x+x+xexeeeeeeseee 28Tác động của xung lực ngắn hạn - ¿+ - 5252 22222 EEcxrerrererered 29Biểu diễn tải trọng bat kỳ thành tập hợp các xung động liên tiếp 30
Mô hình tính toán hệ một bậc tự do động chịu tải trọng động đất 31
Sơ đồ tính của hệ nhiều bậc tự do động - - 2 2 55s+c+cscscecx2 34Phản ứng của hệ kết cau khi chịu tác động động đất 43
Hệ số động học (f) theo quy định của 22 TCN 221-95 - 59
Quan hệ lực - chuyển vị đàn hồi dẻo lý tƯỞNØ -Ă Series 70Xác định chuyển vi mục tiêu cho hệ một bậc tự do tương đương 71
Phố phản ứng của đất nền đối với động đất “Mức 1”theo OCDI 75
Chuyén vị của bến với phương pháp phân tích dạng chính theo POLA 79Trinh tự các bước thiết kế công trình bến 5- + 5c 2 s+<+xzc+2 84
Trang 17Hình 3-7.Hình 4-1.Hình 4-2.Hình 4-3.Hình 4-4.Hình 4-5.Hình 4-6.Hình 4-7.Hình 5-1.Hình 5-2.Hình 5-3.Hình 5-4.Hình 5-5.Hình 5-6.Hình 5-7.Hình 5-8.
Hình 5-9.
Trinh tự kiểm tra kha năng chống động đất của bến - 85Các loại mô hình hóa tương tác móng cọc trong đất -. - 86Giá trị hệ số ks theo N trung bình của đất loại S wees tees 95Giá trị hệ số ke theo N của đất loại C c-ccesrierierirrrrrrrrres 95Đường cong p-y của đất sét đối với tải trọng tĩnh 5- 5c: 96Đường cong p-y của đất sét đối với tải trọng d6ng eee 97Đồ thi xác định mô dun phản lực TIỀN ẲV Sex S311 EEEsEsEeksereree 99Đồ thị xác định các hệ $6 C1, C2, C3 sesesssesssesseesssesssesseesseesneesseesneesseenseenses 99Mặt bang bến (Phân đoạn tính toán) c.c.ccccecccscsseescsesessesesseesseeseees 106Mat bằng dầm cọc bến (Phân đoạn tính toán) - s5 2 2 2c sec: 106Mặt cat ngang điển hình bến (Phân đoạn tính toán) - 106Trinh tự tiễn hành tinh toán kết cầu bến có xét đến tải trọng động đất 108Mô hình kết cầu phân đoạn bến theo phương pháp ngàm giả định 110Mô hình kết cau bến theo phương pháp tương tác cọc - đất nên IIIPho thiết kế của kết cầu bến trong ví dụ tính toán - 114Biểu đồ bao mô men uốn Maa tại vị trí dam ngang tai trục 1
(THỊ và TH3, mô hình ngàm giả định) - 555 << <<<<<++2 120
Biểu đồ bao mô men uốn Ma tại vị tri dam cần trục DCT1
(THỊ và TH3, mô hình ngàm giả định) - 555 << <<<<<++2 120
Hình 5-10 Biểu đồ bao mô men uốn M3-3 tai vị trí đầm ngang tại trục 1
(THỊ và TH3, mô hình đường cong p-y theo APÌ]) «««<<+- 121
Hình 5-11 Biểu đồ bao mô men uốn M3.3 tại vị tri dam cần trục DCT1
(THỊ và TH3, mô hình đường cong p-y theo APÌ]) «««<<+- 121
Trang 18Hình 5-12 Biểu đồ bao mô men uốn Maa tại vị trí đầm ngang tại trục 1
(TH2 và TH3, mô hình ngàm giả định) - 555 << <<<<<++2 123
Hình 5-13 Biểu đồ bao mô men uốn Ma tại vị trí dim cần trục DCTI
(TH2 và TH3, mô hình ngàm giả định) - 555 << <<<<<++2 123
Hình 5-14 Biểu đồ bao mô men uốn Maa tại vị trí đầm ngang tại trục 1
(TH2 và TH3, mô hình đường cong p-y theo APÌ]) -«««<<+- 124
Hình 5-15 Biểu đồ bao mô men uốn Maa tại vị trí dim cần trục DCTI
(TH2 và TH3, mô hình đường cong p-y theo APÌ) «««<<+- 124
Hình 5-16 Biểu đồ bao mô men uốn Maa tại vị trí đầm ngang tại trục 1
(Mô hình ngam gia định va mô hình p-y theo API, THỊ) 126
Hình 5-17 Biểu đồ bao mô men uốn M3.3 tại vị trí dam cần trục DCT1
(Mô hình ngam gia định va mô hình p-y theo API, THỊ) 126
Hình 5-18 Biểu đồ bao mô men uốn Maa tại vị trí đầm ngang tại trục 1
(Mô hình ngam gia định và mô hình p-y theo API, TH3) 126
Hình 5-19 Biểu đồ bao mô men uốn Ma tại vị trí dim cần trục DCTI
(Mô hình ngam gia định va mô hình p-y theo API, TH3) 127
Trang 19MỞ ĐẦU
1 Đặt vẫn đềCảng biến là công trình hạ tầng quan trọng của kinh tế quốc dân, không chỉ gópphân quyết định cho sự phát triển và tốc độ tăng trưởng kinh tế của quốc gia, màcòn là cửa ngõ quan trọng cho thương mại quốc tế Ngày nay, cùng với sự phát triểnmạnh mẽ của vận tải hàng hải quốc tế mà công trình bến cảng không ngừng gia tăngvề số lượng cũng như quy mô Sự phát triển nay dẫn tới các yêu cầu cao hơn về sự
an toàn và tin cậy của công trình bên cảng trong khai thác.
Vi vậy, việc nghiên cứu tăng mức độ an toàn của kết cau công trình bến trong cácđiều kiện làm việc bat lợi là một hướng nghiên cứu được quan tâm, nhất là trong bốicảnh hiện tượng động đất gần đây xảy ra thường xuyên trên thế giới với cường độmạnh, không chỉ gây thương vong về người mà còn thiệt hại rất lớn về vật chất Dođó, xem xét tác động của tải trọng động đất lên công trình bến cảng là việc làm rấtcần thiết Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu trước đây về tính toán tải trọng động đất,tuy nhiên việc nghiên cứu chỉ tiết và cụ thé tác động của dạng tải trọng này lên kếtcầu bến cảng biển còn chưa nhiều Đặc biệt là tại Việt Nam vẫn chưa có nhiều
nghiên cứu ve van đê này.
Với những đặc thù riêng, kết cấu công trình bến cảng là dạng kết cau có phanứng rất nhạy với tác động của động đất Những trận động đất gần đây trên thế giớigây ra những thiệt hại rất lớn đối với các công trình bến cảng Việc khắc phụcnhững hu hại đó rất ton kém, phức tap và mat nhiều thời gian Đồng thoi với vai tròngảy càng tăng của của cảng biển trong nền kinh tế, việc gián đoạn khai thác củacảng trong thời gian dải gây ảnh hưởng lớn tới quá trình khắc phục hậu quả độngđất, cũng như phát triển kinh tế trong khu vực Điển hình cho những ảnh hưởng nàylà thiệt hại do động đất lên cảng Kobe (Nhật Bản, 1995) Trận động đất này đã gâytong thiệt hại đến cảng Kobe được ước tính là khoảng 10 tỷ USD và phải mat hơn
Trang 20hai năm dé sửa chữa Dong thời, việc ngừng khai thác của cảng còn làm kinh tê địa
phương chịu thiệt hại gián tiếp lên tới 4 ty USD (Độ Giao thông Nhật Ban, 1996).Với lợi thế về vị trí địa lý, vận tải biển là lĩnh vực phát triển mạnh mẽ và đóng
vai tro quan trọng trong lĩnh vực vận tải công nghiệp ở Việt Nam Lượng hang
hóa thông qua cảng biển Việt Nam trong những năm qua không ngừng gia tang, datgan 290 triệu Tan (2011) và dự báo đạt 500 - 600 triệu Tan vào năm 2015 (CựcHang hải Việt Nam, 2012) Hệ thong cảng biên tại nước ta hiện nay được bố trí rộngkhắp va đã hình thành được các trung tâm cảng ở miền Bắc (gồm Hải Phong, QuảngNinh); ở miền Trung (gồm Đà Nẵng, Quảng Ngãi, Quy Nhơn, Nha Trang) và ởmiền Nam (gồm thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai và Bà Rịa - Vũng Tàu) Trongcác trung tâm cảng, cũng đã hình thành cảng cửa ngõ quốc tế như cảng Hải Phòng
(khu vực Lach Huyện), cảng Ba Ria - Vũng Tàu (khu vực Cái Mép - Thị Vai) và
cảng trung chuyền quốc tế Vân Phong - Khánh Hòa.Việt Nam là nước có nguy cơ xảy ra động đất là từ thấp đến trung bình, nhưng sốliệu thống kê về tình hình động đất ở nước ta gần đây cho thấy các trận động đấtxảy ra khá thường xuyên Trong đó, khu vực ven biển là khu vực có các đới độngđất lớn, với khả năng xảy ra các trận động đất với cường độ lên tới 6,1 độ Richter.Mặt khác, trên thực tế, do nhiều nguyên nhân khách quan va chủ quan mà việc thiếtkế công trình bến ở nước ta chưa quan tâm đúng mức tới tác động và xem xét tínhtoán tải trọng động đất lên công trình Việc không xét đến tác động của động đất lêncông trình bến cảng có thể dẫn đến những hậu quả chưa thể nói trước Tuy hiện nay,chưa có ghi nhận về thiệt hại mà động đất gây ra đối với cảng biên tại Việt Nam,nhưng với những diễn biến phức tạp của hoạt động động đất gần đây, việc nghiêncứu tác động của tải trọng động đất lên công trình bến cảng là việc làm hết sức cầnthiết
Kết quả của nghiên cứu này, không chỉ giúp đánh giá mức độ thiệt hại của độngđất đối với cảng bién tại nước ta mà còn góp phan đưa ra giải pháp tính toán khángchan cho kết cau công trình bến cảng phù hợp với điều kiện và các quy định, tiêuchuẩn hiện hành tại Việt Nam
Trang 212 Phương pháp nghiên cứu
Việc nghiên cứu của luận văn này trước hết dựa trên cơ sở của các số liệu, nghiêncứu trước đây về động đất và tác động của tải trọng động đất lên kết cấu Luận văncũng sử dụng cơ sở lý thuyết của động lực học kết câu để phục vụ cho nghiên cứuvề bài toán động đất Đồng thời, dựa trên các cơ sở các tiêu chuẩn thiết kế khángchan cho công trình, luận văn cũng nghiên cứu việc thiết kế kháng chan hợp lý đốivới kết cau công trình bến dạng bệ cọc cao phù hop với trình tự thiết kế công trìnhbến tại Việt Nam
Trên cơ sở kết quả thực hiện về mặt lý thuyết, luận văn vận dụng tính toán chomột công trình bến kết cầu bệ cọc cao trong thực tẾ tại nước ta, bao gồm: mô hìnhtính toán kết cấu, tiến hành sử dụng các chương trình mô phỏng phân tích kết cấutheo phương pháp phan tử hữu hạn (FEM) dé tìm nội lực trong các cấu kiện của kếtcầu khi chịu tai trọng động đất Đồng thời, để đánh giá mức độ tác động của tảitrọng động đất lên kết cau, trong luận văn cũng tiễn hành so sánh kết quả thu đượcvới kết quả tính toán nội lực của kết cau trong trường hop tải trọng không bao gồmđộng đất
3 Nội dung và phạm vi nghiên cứu
Kết cau công trình bến trong thực tế là rất đa dang, mỗi dang kết cầu công trìnhbến có đặc điểm chịu lực, phản ứng với động đất cũng như phạm vi sử dụng là khácnhau Trong đó, công trình bến kết câu dạng cầu tàu (bệ cọc cao) là dạng kết cauphô biến và được áp dụng nhiều trong xây dựng công trình bến cảng trên thế giớicũng như tại Việt Nam Vì thế, ngoài việc nghiên cứu tổng quát về tải trọng và tácđộng của động đất lên công trình bến nói chung, luận văn tập trụng chủ yếu vàoviệc nghiên cứu phản ứng của kết cầu bến bệ coc cao khi chịu tác động của tải trọng
động đât.Luận văn này bao gôm các nội dụng chủ yêu như sau:- Nghiên cứu các van đê cơ bản vê động dat va tác động của nó đôi với công
trình bên cảng:
Trang 22- Nghiên cứu về cơ sở động lực học của việc tính toán két cau công trình chịu tải
trọng động dat, các phương pháp chung tính toán tải trọng động dat;- Nghiên cứu quy định của các tiêu chuẩn thiết kế kháng chan đối với công trình
bến cảng tại Việt Nam cũng như trên thế giới;- Nghiên cứu phân tích kết cầu công trình bến bệ cọc cao chịu tải trọng động đất,
bao gồm: tính toán tải trọng động đất, mô hình hóa kết cau bến Vận dụng đểtính toán cho công trình bến cảng trong thực tế
Các nội dụng nêu trên được trình bày cụ thé trong luận văn trong 5 chương, nội
dung khái quát của các chương như sau:
- Chương | nêu ra các vẫn dé cơ bản về động đất bao gồm khái niệm về động dat,nguồn gốc động đất, tác động hoạt động đất lên đất nền; hoạt động động đấttrên thế giới cũng như tại Việt Nam Đặc điểm các loại kết cấu công trình bếncảng và phản ứng của chúng khi chịu tác động động đất:
- Chương 2 tiễn hành khái quát VỀ co SỞ động lực học của việc tính toán động đấtcho kết cau, các phương pháp chung để phân tích kết cau chịu tải trọng độngdat:
- Chương 3 trình bày trình tự tính toán của các phương pháp phan tích tai trong
động đất đối với công trình bến; kiến nghị trình tự thiết kế công trình bến chịuđộng đất Tham khảo các quy định về thiết kế của một số các tiêu chuẩn khángchấn đối với công trình bến, phạm vi áp dụng và lựa chọn các phương phápthiết kế hợp lý đối với công trình bến chịu động đất;
- Chương 4 tập trung vào xem xét các phương pháp mô tả sự làm việc của hệcọc-đất nền trong kết cầu bến bệ cọc cao khi chịu tác động của động đất, cũngnhư sự giảm khả năng chịu tải của đất nền khi xét đến ảnh hưởng của động đất;- Chương 5 trình bày ví dụ thiết kế công trình bến chịu tải trọng động đất trong
thực tê nhăm minh họa cho nội dung của nghiên cứu.
Trang 23-5-CHƯƠNG 1
ĐỘNG DAT VA TAC ĐỘNG LEN CÔNG TRÌNH BEN
1.1 Khai niém chung vé dong dat1.1.1 Dinh nghĩa động dat
Động đất là hiện tượng dao động rất mạnh nền đất xảy ra khi một nguồn nănglượng lớn được giải phóng trong thời gian rất ngắn do sự nứt rạn đột ngột trongphan vỏ hoặc trong phan áo trên của trái đất [1] Động đất giải thoát đột ngột mộtlượng năng lượng lớn tích tụ trong một thể tích nào đó bên trong trái đất
Thể tích tích tụ năng lượng gọi là vùng chấn tiêu hay lò động đất, tâm của vùnggọi là chan tiêu Vi trí hình chiếu trên bề mặt của trái đất, năm ngay trên chan tiêugọi là chấn tâm Khoảng cách giữa chấn tiêu và chấn tâm gọi là độ sâu chấn tiêu.Khoảng cách từ chan tiêu va chan tâm tới điểm quan trac lần lượt là tiêu cự (khoảngcách chan tiêu) và tâm cự (khoảng cách chan tâm) (Hình 1-1)
Hình 1-1, Minh họa vị trí phat sinh động dat [2]
Trang 241.1.2.1 Động đất có ngôn gốc từ hoạt động kiến tao“Thuyết kiến tạo mảng” (hay “Thuyết lục địa trôi dạt”, 1960s) là thuyết đượcchấp nhận rộng rãi trong việc giải thích nguồn gốc trận động đất Theo đó, lúc đầucác lục địa gan liền với nhau; sau đó cách day khoảng 200 triệu năm, chúng tách rathành nhiều mảng cứng di chuyển chậm tương đối so với nhau trên lớp dung nhamở thé lỏng, nhiệt độ cao để có hình dạng như ngay nay.
Toàn bộ vỏ trái đất được chia thành 15 mảng, trong đó có 11 mang lớn Tai vùngphân chia các mảng xuất hiện các biến dạng tương đối trên một vùng khá hẹp Cácbiến dạng có thể diễn ra chậm và liên tục hoặc có thể xảy ra một cách đột ngột dướidạng các trận động đất Có 3 kiểu chuyên động chính tại các biên mảng:
- Chuyên động tách giãn: các mảng di chuyên rời xa nhau, làm mở rộng mảng
thạch quyền theo phương ngang:- Chuyên động hút chim: là chuyển động ngược với chuyển động tách giãn, làm
thu hẹp mảng thạch quyền tại một số khu vực:- Chuyển động trượt ngang: xuất hiện khi mảng này di chuyển tương đối so với
mảng khác theo phương ngang mà không sinh ra một phan vỏ mới hay làm matđi một phan vỏ cũ Có hai dạng chuyển động ngang: chuyển động trượt ngangtương đối tại đứt gay và chuyển động va chạm
Trong quá trình dịch chuyển tương đối của các mảng, biến dang dan được tíchlũy tại các vùng khác nhau của vỏ trái đất Khi các biến dạng này đạt tới giới hạn,xuất hiện sự phá hoại đột ngột, thế năng biến dạng tức thời chuyển thành động năngvà động đất xuất hiện Như vậy, theo thuyết kiến tạo mảng, các trận động đất chủyếu phát sinh tại vùng ranh giới giữa các mảng (tai đứt gay), xảy ra khi nền đá đạttới trạng thái giới hạn về cường độ dẫn tới bị phá hoại đột ngột Do đó các trận động
đât tại vùng biên của các mảng được gọi là động đât rìa mảng.
Trang 251.1.2.2 Động đất có nguon gốc từ các đứt gấy
a Khai niệm và phán loại đứt gãy
Sự thay đôi đột ngột trong cau trúc nên đá, hoặc các via đá có đặc tính khác nhaugối lên nhau dọc theo mặt tiếp xúc giữa chúng được gọi là đứt gãy Sự tôn tại củacác đứt gãy cho thấy dọc theo chúng trong quá khứ đã từng có các chuyển độngtương đối, có thé là trượt từ từ, không gây ra chan động hoặc trượt đột ngột gây rachan động cho nên đất (động đất)
Các đứt gãy được phân loại dựa trên dạng hình học và hướng trượt tương đốigiữa chúng, bao gồm các loại:
- Trượt nghiêng: sự dịch chuyển diễn ra song song với độ dốc của đứt gay Tùythuộc vào hướng tương đối của các mảng năm ở hai bên đứt gãy, có thể phân
Trang 26xuất hiện chuyển động tương đối, nănglượng bién dạng đàn hồi trong vật chất
tại vùng biên được tích lũy làm gia
tăng ứng suất cat trên các mặt đứt gãy
phân chia các mảng (Hình 1-2a,b).
- Khi ứng suất cắt tích lũy vượt quácường độ của nén đá dọc theo đứt gãy,nền đá bị phá hủy, năng lượng biến
dang tích lũy được giải phóng đột ngột
dưới dang sóng dia chan (Hình 1-2c).Các sóng nay truyền trong phan vỏ tráiđất theo tất cả các hướng và gây rađộng đất
- Su giãn nở trong lớp vỏ đá cứng của trái dat;
- Động đất do các vụ nỗ (vụ nô hóa học hoặc hạt nhân);- Động đất do hoạt động của núi lửa;
- Động đất do sup đồ của nền dat:
- Động đât do tích nước vào các hô chứa lớn
1.1.3 Sóng địa chan và sự truyền sóng dia chan1.1.3.1 Sóng địa chan
Năng lượng giải phóng từ chan tiêu được lan truyền tới bề mặt trái đất dưới dang
sóng, gọi là sóng địa chân Sóng địa chân bao gôm các loại cơ bản:
Trang 27khả năng truyền qua nên đá cứng và ca chat long;
+ Sóng ngang (sóng thứ cấp, ký hiệu: S): sóng ngang hướng chuyển động củacác phan tử vật chất vuông góc với hướng di chuyển của sóng Các sóng gây rahiện tương xoăn và cat mà không làm thay đối thể tích của môi trường truyềnsóng Sóng ngang chỉ lan truyền trong môi trường ran, không có khả năng lantruyền trong môi trường lỏng và khí Ở mặt đất, sóng ngang có thể gây ra cácchuyển động theo phương đứng lẫn ngang
- Sóng mặt: Các sóng thể tích khi lan truyền tới mặt đất phản xạ trở lại, tạo thànhcác sóng mặt gây ra chuyển động nên đất ở lớp mặt Sóng mặt gồm 2 loại:
+ Sóng Rayleigh (sóng R): sóng làm cho phần tử vật chất chuyển động hìnhelip trong mặt phang thăng đứng song song với hướng truyền sóng
+ Sóng Love (sóng Q): chuyển động của sóng này về co bản tương tự như sóngS nhưng không có thành phan thăng đứng Nó làm các phan tử chuyển độngtrong mặt phăng nằm ngang song song với mặt đất, vuông góc với hướngtruyền sóng
1.1.3.2 Ảnh hưởng của nên đất tới chuyển động động đấtKhi một chùm sóng thể tích gặp mặt phân chia giữa hai lớp đất có tính chất khácnhau một phan song bi phan xa, phan con lai bi khuc xa khi truyén vào lớp đất sau
theo quan hệ:
sinø, C,
—— (1-1)
sma, C,
Trang 28Trong đó:Qu, Ø2 - góc tới, góc khúc xạ của sóng địa chan;Ci, C2 - toc độ sóng ở lớp dưới, lớp trên.
Khi nên đất gồm nhiều lớp khác nhau, quan hệ giữa góc tới tại lớp sâu nhất (a7)
và tại lớp trên cùng (ø,) độc lập với lớp trung gian:
1.1.3.3 Ảnh hưởng của chuyển động động đất tới nên đấtKhi động đất xảy ra, nên đất có thé bị mất 6n định kèm theo những chuyển vị lớntrên bề mặt gây ra sự phá hoại cho công trình Chuyển động động đất có thé gây racho đất nền những hiện tượng:
- Lun sau khi sóng địa chan đi qua (đối với đất có cau trúc hạt rời và xốp);- Sụt lở hoặc các chuyền động trên mặt dat:
- Hóa lỏng (đối với đất bão hòa nước va đất được tạo thành từ các hạt rời không
nén chặt).
Việc nghiên cứu phản ứng của công trình đối với chuyển động động đất thôngthường được tiến hành với giả thiết nền đất 6n định, không có biến dạng thườngxuyên Đối với những nên đất có thé bị mất ồn định khi xảy ra động đất ngoài việcphân tích phản ứng của công trình còn tiễn hành thêm các phân tích địa kỹ thuật cho
dat nền.
Trang 29-11-1.1.4 Cấp và độ lớn của động đất1.1.4.1 Cấp động đất
Cường độ chan động mà động đất gây ra trên mặt đất được đánh giá theo các
thang phân bậc mức độ tác động của động đât đôi với các kiêu nhà cửa, công trình,đô vật, con người và biên dạng mặt đât.
Hiện nay, trên thế giới thường sử dung thang MSK-64 Karnik) dé đánh giá cường độ chan động Thang MSK-64, được Hội đồng địa chanChau Âu thông qua năm 1964, chia cường độ chan động thành 12 cấp và được ghitóm tắt tại Bảng 1.1
(Medvedev-Sponheuer-Ngoài thang MSK-64, tại khu vực Bac Mỹ còn sử dụng thang Mercalli cải biến(Modified Mercalli Scale, MM) Thang MM gồm 12 cấp và nói chung là trùng vớithang MSK-64 Nhật Bản sử dung thang JMA chỉ gồm có 7 cấp
Bang 1-1 Thang cap động đất theo MSK-64 [1]Cấp Cường độ Hậu quả tác động động đất
động đất động đất Lên con người Lên công trình XD Lên môi trường
Người ở trong và | Các đô vật treo dung
¬ ngoài nhà cảm nhận | đưa, các bức tranh
V Tương đôi mạnh 8 cụ : i, ‹
được, người đang |treo trên tường bị
ngủ thức dậy dịch chuyểnNhiéu người hoảng | Kết câu bị hư hỏng | Một vài vết nứt nhỏVỊ Mạnh SỢ nhẹ, các vết nứt nhỏ | trên nền đất ướt
ở lớp trát.
Trang 30Cấpđộng đất
Dat ở các sườn d6cbị trượt
chắn mái và đầu hồibị đồ
xây, tường
Mực nước giéngthay đổi, đường dap
Be mat dat bi thaydoi, xuât hiện nhiêugiêng nước mới
XIIHuy diệt toàn bộ
Sợ hãi bao trùmNhà và các công
trình xây dựng khác
bị đồ hoàn toàn
Bê mặt đât bị thaydoi, xuât hiện nhiêugiêng nước mới
Mối liên hệ giữa gia tốc đỉnh và cấp động dat được biểu thi trong Bảng 1-2:Bang 1-2 Mối quan hệ tương doi giữa gia tốc đỉnh và cấp động dat [3]Cấp động Gia tốc đỉnh của nền amax (g)
dat Thang MSK-64 Thang MMV 0.012 - 0,03 0.03 - 0.04VỊ > 0,03 - 0,06 0,06 - 0,07VI > 0,06 - 0,12 0,10 - 0,15VII >0,12 - 0,24 0.25 - 0.30IX > 0,24 - 0,48 0,50 - 0,55
xX > 048 > 0,60
Trang 31-13-1.1.4.2 Độ lớn động đấtCơ sở để xác định cấp động đất theo thang động đất dựa vào sự cảm nhận củacon người, mức độ phá huỷ các công trình xây dựng hay mức độ huỷ hoại và biếndạng của mặt đất, nhưng chưa thể hiện được độ lớn tong thé, quy mo cua tran dongdat
C.F.Richter (1935) da dua ra don vi nhằm xác định độ lớn của trận động đất haycòn gọi là độ Richter, ký hiệu là: M Theo định nghĩa: độ Richter là logarit cơ số 10của biên độ lớn nhất của dao động nên đất do bằng micromet (um, 105m) trên băngchi của địa chan kế Wood-Anderson đặt cách tâm chan 100km [1] Độ lớn của độngđất được biểu diễn thông qua biểu thức:
Trang 32Bang 1-3 Mối quan hệ tương đối giữa độ lớn động đất, gia tốc đỉnh
và cấp động dat [4]
Độ lớn động dat, Gia tốc đỉnh Chu kỳ dao động | — Cấp động đất
M max đất nền (theo thang MM)
<2 — a” I-H
3 a” _- II4 — — IV-V5 0,09¢ 2s VỊ-VH6 0.22g 12s VII-VII7 0.37g 24s IX-X
- Vành đai Alp: là đới động đất kéo dài từ Bắc Phi, ngang qua vùng Hymalaya vanối với vành đai Thái Bình Dương tại vùng quần đảo Indonesia Khoảng 17%các trận động đất trên thé giới diễn ra tại đới này
- Đới động đất ngầm dưới sống núi giữa Dai Tay Dương: tại đới nay thường xảyra các trận động đất yếu hơn so với hai đới hoạt động địa chan ké trên Chi
Trang 33-15-khoảng 3-7% năng lượng trung bình năm của các trận động đất được giải phóng
tại đới này.
Vị trí tâm chan của các trận động đất trên thế giới đã được thống kê và lập thành:Bản đồ phân bố tắm chan trên thế giới (Hình 1-3)
Hình 1-3 Ban đô phân bố tâm chan trên thé giới [4]Nguồn: Hình 2.2, Robert W Day, Geotechnical Earthquake Engineering
Trang 34+ M = 9,1 độ Richter: Ngày 26/12/2004, trận động đất trong vùng biển Indonesiagây cơn sóng than lớn hủy hoại bờ biển của các nước xung quanh An ĐộDương, làm chết hơn 220.000 người;
+ M = 9,0 độ Richter: Ngày 4/11/1952, trận động đất ngoài khơi bán đảoKamchatka ở vùng viễn đông của Liên Xô (cũ) gây ra sóng than lan rộng trên
Thái Bình Dương:+ M =9,0 độ Richter: Xay ra ở Peru vào ngày 13/8/1868;
+ M = 9,0 độ Richter: Ngày 26/1/1700, trận động đất cách bờ biển Bac Mỹkhoảng 1.000km gây ra sóng thần trên Thái Bình Dương và gây thiệt hại chokhu vực bờ biên Nhật Ban;
+ M = 8,9 độ Richter: Ngày 11/3/2011, trận động đất ngoài khơi đông bắc NhậtBản gây ra cơn sóng thân cao 10 mét;
+ M = 8,8 độ Richter: Ngày 27/2/2010 Trận động đất ngoài khơi Chile và sóngthần làm chết hơn 500 người, phần lớn ỏ vùng duyên hải Maule, cách 400 kmvề phía tây nam thủ đô Santiago;
+ M = 8,8 độ Richter: Ngày 31/1/1906, trận động đất ở vùng bờ bién Ecuador vàColombia đã gây rung chuyền thành phố San Francisco ở Mỹ;
+ M = 8,7 độ Richter: Ngày 4/2/1965 Trận động đất ở quan dao Rat thuộc bangAlaska, Mỹ, gây ra cơn sóng thần cao đến 10 mét
1.1.5.2 Hoạt động động đất tại Việt NamDựa vào nhiều nguồn số liệu thu thập được, Viện Vật lý Dia cầu đã thiết lập danhmục các trận động đất tại Việt Nam [6] Theo đó có tong cong 60 tran dong đất vớiM > 4,0 do Richter (ghi nhận được trước năm 1900) và 534 trận động đất với M >4.5 độ Richter (ghi nhận từ năm 1900 đến 2007) Tuy nhiên, do trước đây thiếu cácthiết bị quan trắc nên số liệu động đất quan trắc được băng hệ thống đài trạm củaViệt Nam có thể nói là đáng tin cậy cũng chỉ đạt được sau năm 1976 So với chu kỷhoạt động của động đất trung bình và mạnh thì khoảng thời gian này còn quá ngắn
Trang 35wie” 2227 12/2 TC eae TP ea Zz'ượn S7
OSB N TẾ Per TY et, O a yy
Sie Sear Se TE ty ee - š +2 —'
` ae `: ơt& ae yey, acc ? 2
gk male +> L_c^ > Seek we = h `@œ “cr Ƒ ham 2 ˆ Đ sẽLa wots | SB hs xà
Pu Tae dị * “s ` tr > -* = Oo ‹ ‹ — o©7 sere 43 ww
ene “-w C ¢ 3 r °
* ¬»
-Kéo = Ti ` ` é< Ki DIỆP là, rar
- Đới động đất tại khu vực Tây Bắc Bộ:- Đới động đất tại khu vực duyên hải chạy dọc theo bờ biên Việt Nam Trong đó,hoạt động động đất tại khu vực ven biển được phân định bởi các đới động đất chủyếu [7]:
+ Đới thứ nhất trải dài theo phương kinh tuyến gần trùng với diện của đới đứtgãy kinh tuyến 110°E, kéo dài trong khoảng từ vi độ 10°N đến 12°N Cácđộng đất ghi nhận được có cường độ (M) trong khoảng 4 + 5,5 độ Richter
Trang 36+ Xa hơn về phía tây nam phân định được đới chan tâm động đất thứ hai, cóphương đông bắc - tây nam trải dọc ven bờ Vũng Tàu - Cà Mau Cường độđộng đất M < 5 độ Richter.
+ Năm gan song song với đới trên là đới chấn tâm động đất Côn Sơn, cóphương đông bắc - tây nam Ở đây, đã ghi nhận được các trận động đất với
cường độ M < 6,1 độ Richter.
+ Trên phạm vi Vịnh Bắc Bộ cũng phi nhận được một số trận động đất yếu
với cường độ Mí < 4 độ Richter.
Theo số liệu thống kê, các trận động đất gần đây có cường độ nhỏ và trung bình,nhưng xu hướng các trận động đất xảy ra nhiễu Một số các trận động dat gần đâytại khu vực ven biển Việt Nam [2]:
- Hai trận động đất mạnh nhất ở khu vực phía Nam nước ta đã được phát hiệnbăng máy đo và điều tra thực địa xảy ra ngày 12/4/1970 và 24/5/1972 ở phíaTây thị xã Sông Cau (Phú Yên) Chan tâm của chúng chi cách nhau 20 km theophương kinh tuyến, nên khó tách riêng chan động gây ra bởi các trận động đấtnày Dựa vào số liệu thực địa và quan trắc băng máy, độ lớn của 2 trận động đấtnày vào cỡ M = 5,3 độ Richter, độ sâu chan tiêu khoảng 13 km
- Ngày 5/8/2005, khu vực Thanh phố Hỗ Chí Minh cũng bi rung lắc dữ dội khimột trận động đất xảy ra ngoài khơi (cách Vũng Tàu 20 - 30 km), cường độ M
Trang 37-19-1.1.6 Các số liệu về động đất sử dụng trong thiết kếKhi thiết kế công trình trong vùng chịu tác động của động đất, cần thiết phải thuthập số liệu về hoạt động động đất tại khu vực xây dựng công trình Các thông sốcần thiết phải thu thập dé phục vụ công tác thiết kế bao gôm:
- Địa điểm có thể xảy ra động đất xung quanh khu vực xây dựng công trình;- Tài liệu về các trận động đất trong quá khứ tại khu vực xây dựng công trình
(bao gồm: gia tốc đỉnh, vận tốc đỉnh, chuyển vị nền chi nhận được, thời giankéo dài của trận động đất );
- Tần suất xuất hiện của động đất tại khu vực xây dựng công trình;- Ảnh hưởng của điều kiện địa chất khu vực xây dựng tới sự lan truyền sóng địa
chan (bao gồm: đặc trưng cơ lý của lớp đất, kha năng hóa long của nên đất, vậntốc truyền sóng động dat );
Tuy nhiên, trong thực tế, tại Việt Nam còn thiếu nhiều số liệu quan trắc về tìnhhình động đất hoặc số liệu thu thập được có độ tin cậy chưa cao, nên không phải lúcnào cũng có thé thu thập day đủ các số liệu như trên Vi vậy, trong quá trình tínhtoán, cần vận dụng linh hoạt các số liệu đã có nhăm tìm ra kết quả khả di tin cậy cóthể áp dụng trong thiết kế
Đồng thời với việc vận dụng linh hoạt tài liệu thiết kế, can lựa chọn phương pháptính toán hợp lý tương ứng với số liệu đã thu thập được Như đối với điều kiệnkhông có số liệu thực đo về các trận động đất trong quá khứ, có thể sử dụng phươngpháp phổ phản ứng thay thé cho phương pháp tính toán theo lịch sử thời gian Tuynhiên, khi vận dụng số liệu và lựa chọn phương pháp tính toán cần đảm bảo độ tincậy của số liệu, độ chính xác của thiết kế phù hop với công trình
1.2 Tác động của của động đất lên công trình1.2.1 Tác động của động đất lên công trình
Như đã nêu ở trên, khi xảy ra động đất, nên đất phía dưới công trình có thé bịmắt 6n định kèm theo những chuyển vị lớn trên bề mặt dẫn tới sự phá hoại kết cầu
Trang 38công trình Động đất có thé làm cho các công trình xây dựng bị phá hoại theo những
cách như sau:
- Bang luc quan tinh sinh ra khi nén dat chuyén dong;- Bang chuyền vị trực tiếp của đứt gãy tai vi tri xây dựng;- Bảng cách thay đổi tính chất co lý của đất nên;
- Băng hỏa hoạn phát sinh, hoặc tạo ra các sóng nước như sóng địa chân (sóng
thân) 1.2.2 Tác động của động đất lên công trình bến1.2.2.1 Tác động của động đất lên công trình bén
Công trình bến là bộ phận quan trọng nhất trong khu cảng Nó là ranh giới giữakhu đất và khu nước của cảng, tạo điều kiện để tàu tiếp xúc với bờ, bảo đảm cho tàuneo đậu và bốc xếp hang hóa Có thé chia kết cau công trình bến thành các dang
chính: kêt câu bên trọng lực, kêt cầu bên tường cừ, kêt câu bên dạng bệ cọc cao.
Tuy có nhiều dạng kết cau khác nhau, nhưng nhìn chung, bến cảng là dang côngtrình có phản ứng rất nhạy với tác động của động đất Điều này đã được thể hiệnkhá rõ trong những trận động đất trên thế giới đã gây ra những thiệt hại rất lớn đốivới các công trình bến cảng Một số trận động đất điển hình gây ra thiệt hại đối với
công trình bên cảng:
- Trận động đất Kobe, Nhật Bản (1995): đã gây thiệt hại nặng nề cho cảng Kobe;khi chịu gia tốc đỉnh lên tới 2,5ø nhiều khu bến bị sụt lún 1-2m, và một số vị trí cóchuyền vị trung bình 3m ra phía biển [8]
- Trận động đất tại Haiti (2010): gây thiệt hại rất lớn cho cảng Port-au-Prince,trong đó khu bến phía Nam của cảng đã bị phá hủy, nền đất phía sau bến bị hóalỏng Trận động đất cũng gây hư hại cho nhiều thiết bị xếp dỡ trên cảng [9]
Trang 39Hình I-6 Thiệt hại cho bến cảng do trận động đất Haiti (2010) [9
Trang 401.2.2.2 Tác động của động đất lên kết cau bến trọng lựcCông trình bến dạng trọng lực được cau tạo từ các thùng chìm hoặc các khối xếpđặt trên nên đất Kết cau bến dạng này đảm bảo điều kiện 6n định (chong lại tảitrọng khai thác, áp lực đất phía sau bến) nhờ vào trọng lượng bản thân kết cau vàlực ma sát giữa công trình với đất nên.
Khi chiu tải tác động của động đất, kết câu bến trọng lực thường bị phá hoại theomột số dạng điển hình như sau [10], [11]:
- Đối với bến trọng lực đặt trên nên đất cứng, khi chịu tác động của động đất, sựgia tăng áp lực đất phía sau bến cùng với tác động của lực quán tính dẫn tớiviệc công trình thường bị chuyển dịch ngang và bị nghiêng ra phía biển (Hình
1-7a).
- Đối với bến trọng lực trên nền đất yếu (đất rời không nén chặt, hoặc đất bão hòanước) khi chịu tác động động đất, áp lực nước lỗ rỗng trong đất tăng lên làmgiam ứng suất hữu hiệu, giảm sức kháng cắt của đất nên đất dẫn tới việc nền đấtbị “hóa lỏng” Khi đó chuyển vị của công trình còn bao gồm cả sự biến dạngcủa nền đất, điều này dẫn tới chuyển vị ngang, và chuyển vị xoay rất lớn củacông trình khi chịu tac động của động đất (Hình 1-7b)
Cần lưu ý đối với kết cau bến trọng lực có tỷ số giữa chiều rộng và chiều cao nhỏ(thông thường nhỏ hơn 0,75), khi chịu tác động của động đất sẽ có chuyển VỊ xoaylớn hơn so với chuyền vị ngang [11]
“Số wee eee we ee ee eee
47,Loose Sandy Fount
(a) (b)
Hình 1-7 Sự pha hoại cua kết cấu bến trọng lực khi chịu tác động động dat [1]