luận văn thạc sĩ tính toán kết cấu chịu tác động của động đất

Tại Việt Nam, chấn tâm của các trận động đất nằm hầu hết ở phần phía bắc của lãnh thổ , dọc theo các vết đứt gãy địa chất vùng sông Chảy, sông Hồng, sông Đà, sông Mã, sông Cả...Ở miền Tr

M ỤC LỤC

M Ở ĐẦU

3 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9

Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ TÍNH TOÁN CÔNG

1.4 Đánh giá các thông số của chuyển động nền đất 26

2.2 Các giới hạn áp dụng của phương pháp tính 54

Chương III PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT

3.1 Xác định các hàm phản ứng của các dao động nền tức thời 83

3.2 Xác định các đặc trưng thiết kế bằng lý thuyết phổ 93

3.2.2 Xác định các đặc trưng thiết kế theo lý thuyết phổ 97

Chương IV QUY TRÌNH TÍNH TOÁN TÁC ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT TÁC

D ỤNG LÊN CÔNG TRÌNH THEO TCXDVN 375:2006

K ẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

trên lãnh thổ Việt Nam

Hình 1.5 Bản đồ phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt Nam 31

chu kỳ lặp lại 500 năm, nền loại A

Hình 3.5 Các phổ vận tốc và gia tốc trung bình 97 Hình 4.1 Phổ phản ứng đàn hồi cho các loại nền đất 105

từ A đến E (độ cản 5%)

Hình 4.3 Biểu đồ mô men uốn do lực động đất gây ra theo 117

phương pháp phổ ứng với dạng dao động thứ nhất

Hình 4.4 Biểu đồ mô men uốn do lực động đất gây ra theo 118

phương pháp phổ ứng với dạng dao động thứ hai

Hình 4.5 Biểu đồ mô men uốn do lực động đất gây ra theo 118

phương pháp phổ ứng với dạng dao động thứ ba

Hình 4.6 Biểu đồ mô men uốn do lực động đất gây ra theo 119

phương pháp phổ xét đến ảnh hưởng của

3 dạng dao động Hình 4.7 Biểu đồ mô men uốn do lực động đất gây ra theo 119

phương pháp tĩnh lực ngang tương đương Hình 4.8 Biểu đồ mô men uốn do lực động đất gây ra theo 123

phương pháp phổ (CHИ∏ II-7-81*) Hình 4.9 Biểu đồ mô men uốn do lực động đất gây ra 125

theo quy phạm Ấn Độ

Hình 4.10 Biểu đồ mô men uốn do lực động đất gây ra 125

theo quy phạm Iran

DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thang cường độ động đất Mercalli sửa đổi (MM) 18

Bảng 1.3 Đặc trưng cấp cường độ động đất theo thang MSK-64 21

Bảng 1.4 Bảng chuyển đổi từ đỉnh gia tốc nền sang cấp động đất 23

Bảng 1.5 Quan hệ giữa năng lượng E và độ lớn M 25

B ảng 2.3 Giá trị của hệ số phụ thuộc vào cường độ động đất 60

B ảng 2.4 Giá trị của hệ số giảm tải theo loại tải trọng 64

Bảng 2.5 Giá trị của các hệ số nhân với ứng suất cho phép 64

để xác định khả năng chịu tải

Bảng 2.6 Giá trị của các hệ số biểu diễn mức độ quan trọng 65

Bảng 2.10 Giá trị của hệ số phụ thuộc vào cường độ động đất 70

Bảng 2.11 Giá trị của hệ số phụ thuộc mô hình nền và đất nền 71

Bảng 2.13 Giá trị lấy theo các đặc trưng của đất nền 75

Bảng 2.14 Các giá trị của R và Cd phụ thuộc vào 76

kết cấu của công trình

Bảng 2.15 Chuyển vị cho phép 78

Bảng 4.1 Giá trị của các tham số S, TB, TC và TD 104

Bảng 4.5 Kết quả tính toán lực động đất tác dụng lên các tầng 116

theo TCXDVN 375:2006 (phương pháp phổ)

Bảng 4.6 Kết quả tính toán lực động đất tác dụng lên các tầng 116

theo TCXDVN 375:2006 (phương pháp tĩnh lực ngang tương đương)

Bảng 4.7 Kết quả tính toán lực động đất tác dụng lên các tầng 123

theo quy phạm Ấn Độ

Bảng 4.8 Kết quả tính toán lực động đất tác dụng lên các tầng 124

theo quy phạm Iran

MỞ ĐẦU

1 TÍNH C ẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong lịch sử tồn tại và phát triển, nhân loại phải đương đầu với các tai

họa thiên nhiên như lũ lụt, hạn hán, bảo tố, động đất, núi lửa, sóng thần Trong đó động đất là một hiện tượng thiên nhiên gây ra những thảm họa kinh

khủng nhất cho con người và các công trình xây dựng Để bảo vệ sinh mạng

của mình và các tài sản vật chất xả hội, con người đã có rất nhiều nỗ lực trong

việc nghiên cứu phòng chống động đất Tuy đã có những bước tiến rất ngoạn

mục trong lĩnh vực này nhưng cho đến nay con người vẫn không ngăn được

những thảm họa do động đất gây ra Các trận động đất xảy ra trong những năm gần đây tại Nhật Bản (1995), Thổ Nhĩ Kỳ (1999), HyLạp (1999), Đài Loan (1999), Ấn Độ (2001), Apganistan (2002), Iran (2004), Inđônêsia (2004), Haiti (2010), Chile (2010), Trung Quốc (2010), Inđônêsia (2010) đã

chứng minh điều đó

Với trình độ khoa học- công nghệ hiện nay, con người chưa có khả năng

dự báo một cách chính xác động đất sẽ xảy ra lúc nào, ở đâu, con người chưa

có biện pháp phòng chống động đất chủ động như phòng chống bão hay lũ

lụt Trong hoàn cảnh đó con người ngoài việc phải nghiên cứu các phương pháp nhằm hoàn thiện hơn nữa khả năng dự báo về động đất, chúng ta cũng

phải tiếp tục nghiên cứu các phương pháp tính toán xây dựng các kết cấu công trình chịu tác dụng của động đất

Trên thế giới và Việt Nam có nhiều nghiên cứu và các phương pháp tính

kết cấu chịu động đất khác nhau Nhưng tính toán động đất luôn là vấn đề

phức tạp, vì vậy việc hệ thống, so sánh các phương pháp tính trên cơ sở đó rút

ra các kết luận, đánh giá luôn luôn có ý nghĩa thực tế nhằm phục vụ cho công tác thiết kế công trình

2 M ỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

Thu thập tài liệu, nghiên cứu và phân tích để trình bày:

- Trình bày một cách có hệ thống quá trình phát triển của các phương pháp tính kết cấu chịu tác dụng của động đất;

- Phân tích bản chất của phương pháp quy phạm: phương pháp tĩnh, phương pháp động lực học Phân tích ưu nhược điểm và giới hạn áp dụng của

3 CÁCH TI ẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tính các kết cấu chịu tác dụng của tải trọng động đất Khảo sát các phương pháp tính toán kết cấu chịu tác dụng của động đất bao gồm: phương pháp tĩnh, phương pháp động lực học tổng quát Tổng hợp, phân tích các phương pháp đó

Chương I

T ỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHỊU

ĐỘNG ĐẤT

1.1 Một số khái niệm cơ bản về động đất

Động đất là hiện tượng dao động rất mạnh nền đất xảy ra khi một nguồn năng lượng lớn được giải phóng trong thời gian rất ngắn do sự nứt rạn đột

ngột trong phần vỏ hoặc phần áo trên của quả đất

- Trung tâm của các chuyển động địa chấn, nơi phát ra năng lượng về

mặt lý thuyết được quy vể một điểm gọi là chấn tiêu

- Hình chiếu của chấn tiêu lên bề mặt quả đất gọi là chấn tâm

- Khoảng cách từ chấn tiêu đến chấn tâm được gọi là độ sâu chấn tiêu (H)

- Khoảng cách từ chấn tiêu đến điểm quan trắc được gọi là tiêu cự hoặc khoảng cách chấn tiêu (R)

- Khoảng cách từ chấn tâm đến điểm quan trắc được gọi là tâm cự hoặc khoảng cách chấn tâm (L)

Tùy theo độ sâu của chấn tiêu H mà động đất có thể phân thành các loại sau [2]

vật chất nằm sâu dưới lòng đất để thiết lập một thế cân bằng mới được gọi là

hoạt động kiến tạo Theo thống kê 95% các trận động đất xảy ra trên thế giới

có liên quan trực tiếp đến sự vận động kiến tạo [1,3]

§iÓm nghiªn cøu

n t©m (L)

ChÊn tiªu ChÊn t©m

Hình 1.1 Vị trí phát sinh động đất Các thành tựu khoa học kỹ thuật, đặc biệt là mạng lưới địa chấn kế và quan trắc địa chất trên thế giới đã chứng minh tính đúng đắn của thuyết kiến

tạo mảng

Theo giả thiết cơ bản của thuyết kiến tạo mảng, bề mặt quả đất được tập

hợp từ một số khối lớn gọi là mảng ; trên các mảng là các châu lục và đại dương Các mảng này chuyển động tương đối so với nhau Toản bộ vỏ quả đất có thể hình dung được chia thành 15 mảng trong đó có 11 mảng lớn (vĩ

mảng) sau : mảng Âu – Á, mảng châu Phi, mảng châu Úc, mảng Philipin,

mảng Thái Bình Dương, mảng Cocos, mảng Nazca, mảng Bắc Mỹ, mảng

Nam Mỹ, mảng Caribe và mảng Nam cực Các mảng lớn lại được chia thành các mảng bé hơn (vi mảng) qua các vết đứt gãy nông hơn

Tại vùng phân chia giữa các mảng xuất hiện các biến dạng tương đối trên một vùng khá hẹp Các biến dạng có thể xảy ra chậm và liên tục hoặc có

thể xảy ra một cách đột ngột dưới dạng các trận động đất Các nhà khoa học

đã xác định được ba kiểu biến dạng hoặc ba kiểu chuyển động sau tại các bờ biên mảng

- Chuyển động tách giãn : Các mảng di chuyển rời xa nhau

- Chuyển động hút chìm : Do kích thước của quả đất giữ nguyên không đổi, nên việc mở rộng các mảng tại một số bờ biên phải được bù lại bằng việc thu hẹp các mảng tại một số bờ biên khác Có hai loại chuyển động hút chìm : + Chuyển động trườn : Mảng này chuyển động rúc xuống dưới mảng khác

+ Chuyển động rúc đồng quy : Hai mảng cùng chuyển động rúc xuống

- Chuyển động trượt ngang : Chuyển động trượt ngang xuất hiện khi

mảng này di chuyển tương đối so với mảng khác theo phương ngang mà không làm sinh ra một phần vỏ mới hoặc làm mất đi một phần vỏ cũ Có hai

loại chuyển động ngang :

+ Chuyển động trượt tương đối tại đứt gãy ;

+ Chuyển động va chạm

Trong quá trình các mảng dịch chuyển tương đối so với nhau, biến dạng

dần dần được tích lũy lại tại các vùng khác nhau của vỏ trái đất Khi vật chất

tạo nên vỏ trái đất đạt tới trạng thái biến dạng tới hạn, sự phá hoại đột ngột

xảy ra Thế năng biến dạng tức thời chuyển thành động năng và động đất xuất

hiện

Trên thế giới hầu hết các chấn tâm của động đất tập trung theo hai giải chính Giải thứ nhất tập trung nhiều chấn tâm hơn cả nằm xung quanh Thái

Bình Dương Về phía châu Mỹ, giải này chạy suốt gần bờ biển phía Tây, trong đó nổi tiếng nhất là các trận động đất do vết đứt gãy San-Andreas kéo dài 300 km Về phía châu Á, giải chấn tâm bắt đầu từ bán đảo Kamtratka và kéo dài qua Nhật Bản, Philipin, Malayxia, Inđônêzia, Tan Tây Lan, các đảo Fiji, Solomon Giải chấn tâm thứ hai bắt đầu từ quần đảo Axorit qua Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha, Nam Tư, Rumani, Bungari, dọc bờ biển Bắc Phi, Sixil,

Hy Lạp, Tiểu Á, Thổ Nhĩ Kỳ, Irac, Bắc Apganitan, Ấn Độ, Tây Bắc dãy Himalia, kéo dài Miama và ngoặc xuống theo hướng Đông Nam Ngoài ra

chấn tâm các trận động đất còn nằm rải rác ở Trung Quốc, Trung Đông và

một số vùng khác

Tại Việt Nam, chấn tâm của các trận động đất nằm hầu hết ở phần phía

bắc của lãnh thổ , dọc theo các vết đứt gãy địa chất vùng sông Chảy, sông

Hồng, sông Đà, sông Mã, sông Cả Ở miền Trung nước ta còn có một số chấn tâm nằm dọc bờ biển từ Bình Định đến Vũng Tàu theo vết đứt gãy Duyên Hải (mà khu công nghiệp dầu khí Vũng Tàu nằm trong khu vực này)

Năng lượng giải phóng từ chấn tiêu được lan truyền tới bề mặt trái đất dưới dạng sóng Loại sóng đàn hồi cơ bản gây ra chấn động làm cho con người cảm nhận được và phá hoại các công trình xây dựng là sóng khối và sóng mặt

- Sóng khối : Sóng khối hoặc còn gọi là sóng thể tích gồm hai loại khác nhau về bản chất đó là sóng dọc và sóng ngang Khi sóng thể tích lan truyền đến bề mặt của trái đất sẽ bị phản hồi trở lại, xuất hiện hiện tượng giao thoa sóng, dẫn đến sự tăng đột ngột biên độ dao động một cách đáng kể, gây ra

những tác hại nặng nề

+ Sóng dọc : Sóng này được truyền đi nhờ sự thay đổi thể tích vật chất, gây ra biến dạng kéo và nén trong lòng đất (sóng sơ cấp P) Chuyển động của

nó tương tự như chuyển động của sóng âm trong chất lỏng Hướng chuyển động của các hạt vật chất trùng với hướng di chuyển của sóng

+ Sóng ngang (sóng thứ cấp S) : Hướng chuyển động của các phần tử vật

chất vuông góc với hướng di chuyển của sóng Các sóng này gây ra hiện tượng xoắn và cắt mà không làm thay đổi thể tích của môi trường truyền sóng

- Sóng mặt : Các sóng thể tích khi lên tới mặt đất phản xạ trở lại tạo thành các sóng mặt gây ra chuyển động của nền đất ở lớp mặt Sóng mặt được phân thành hai loại :

+ Sóng Rayleigh hoặc sóng R : Sóng này làm cho các phần tử vật chất chuyển động theo một quỹ đạo hình elip trong mặt phẳng thẳng đứng song song với hướng truyền sóng

+ Sóng Love hoặc sóng Q : Chuyển động của loại sóng này về cơ bản tương tự như của sóng S nhưng không có thành phần thẳng đứng Nó làm cho các phần tử vật chất chuyển động trong mặt phẳng nằm ngang song song với

mặt đất, vuông góc với hướng truyền sóng Các sóng này chỉ gây ra ứng suất

cắt

Tốc độ truyền của các sóng P và S phụ thuộc vào tính chất cơ lý của các

lớp tạo nên nền đất và đá mà chúng đi qua Đất đá càng cứng, nén càng chặt

tốc độ truyền sóng càng lớn (1,5-:- 5 km/s) Trong khi đó đối với nền đất yếu,

mềm, xốp tốc độ truyền sóng bé (0,5-:-1,5 km/s)

Trên cơ sở của lý thuyết môi trường đàn hồi lý tưởng vô hạn, đồng nhất

và đẳng hướng, tốc độ truyền sóng P được xác định theo biểu thức :

( )

2 / 1 ) 2 1 )(

−

=

ν ν

ν ρ

E

( )

2 / 1 2

/ 1

) 1

E G

Trong đó :

E : Mô đun đàn hồi trong kéo (nén)

G : Mô đun đàn hồi cắt

ρ : Tỷ trọng

υ : Hệ số Poisson

của môi trường truyền sóng của đất

Từ (1.1), (1.2) ta có thể thiết lập được mối quan hệ giữa tốc độ truyền sóng P và S như sau

2 / 1

2 1

) 1 ( 2

Ở lớp kế cận bề mặt quả đất VP=5-:-7 km/s còn VS=3-:-4 km/s Do đó ở

tại trạm quan trắc, sóng P đến sớm hơn sóng S nên nó được ghi lại ít lâu trước khi sóng S xuất hiện Khoảng thời gian chênh lệch giữa thời điểm đến của sóng P và sóng S tại trạm quan trắc được gọi là khoảng thời gian rung động

mở đầu TPS Nếu hai sóng cùng đi qua một quãng đường và có các tốc độ không đổi thì TPS có thể xác định theo biểu thức sau :

R

V V

T

P S

t t R

1

1 −

−

Trong đú : tS-tP là chờnh lệch thời gian đến của cỏc súng thứ cấp S và súng sơ cấp P

Khi tăng khoảng cỏch L từ trạm quan sỏt đến chấn tõm, thời gian lan truyền súng địa chấn cũng tăng lờn Qua tập hợp và so sỏnh cỏc số liệu ghi lại được ở cỏc trạm đo địa chấn khỏc nhau, đó thiết lập được mối quan hệ giữa khoảng cỏch L và thời gian truyền súng và vẽ thành đồ thị Bởi vỡ cỏc đường cong trờn đồ thị cú giỏ trị chung cho tất cả cỏc trận động đất, độc lập với vị trớ

chấn tõm, nờn cú thể kết luận rằng cỏc điều kiện đàn hồi trong lũng đất được phõn chia xung quanh tõm quả đất theo một quy luật gần như đối xứng Kết

quả đứng về phương diện nghiờn cứu động đất, quả đất được coi như cấu tạo

từ những lớp cú dạng xấp xỉ hỡnh cầu đồng tõm với cỏc tớnh chất cơ lý khỏc nhau Kết luận này cho phộp ỏp dụng lý thuyết đàn hồi vào việc phõn tớch súng địa chấn [5]

Về mặt lý thuyết, súng địa chấn phõn ra thành súng dọc, súng ngang và súng mặt Tuy nhiờn trong thực tế, khi một chựm súng địa chấn gặp một phõn cỏch giữa cỏc lớp đất cú tớnh chất cơ lý khỏc nhau sẽ được chuyển thành súng

Sóng đị

a chấn

Sóng khúc xạ

Hỡnh 1.2 Sự khỳc xạ và phản xạ của súng địa chấn

Vận tốc truyền sóng phản xạ và sóng khúc xạ khác với sóng địa chấn ban đầu Đặc biệt sóng khúc xạ có vận tốc tăng (nhờ hiện tượng cộng hưởng) hoặc

giảm (do bị hấp thụ) khi truyền tiếp vào lớp đất sau Vì những lý do này, tín

hiệu địa chấn khi đến trạm quan sát hoàn toàn mang tính ngẫu nhiên

1.2 Đánh giá sức mạnh động đất

Đánh giá và đo sức mạnh của một trận động đất là một vấn đề rất quan

trọng Trong nhiều thế kỷ qua đã xuất hiện nhiều cách thức đánh giá định tính

và định lượng các chuyển động địa chấn nói riêng và sức mạnh động đất nói chung Hiện nay sức mạnh động đất được đánh giá qua hai đại lượng :

- Thang cường độ động đất

- Thang độ lớn động đất

1.2.1 Thang cường độ động đất

Thang cường độ động đất biểu thị độ mạnh hoặc sức tàn phá của một

trận động đất lên con người và các công trình xây dựng tại một khu vực cụ thể nào đó Các thang cường độ động đất đều được lập ra trên cơ sở cảm giác chủ quan của con người và các mức độ phá hoại của các công trình xây dựng khi

chịu các chuyển động địa chấn Chính vì thế chúng mang yếu tố chủ quan và

phụ thuộc vào khoảng cách chấn tâm lẫn chất lượng xây dựng công trình tại điạ điểm đang xét Sau đây sẽ trình bày một số thang cường độ động đất chính

hiện đang được sử dụng ở các khu vực khác nhau trên thế giới

1.2.1.1 Thang Mercalli c ải tiến

Trên cơ sở bổ sung thang đo cường độ động đất do M.S.RoSSi và F.A Forel đề ra (1883) gồm 10 cấp, năm 1902 nhà địa chấn học người Italia G Mercalli đã đề ra thang đo cường độ động đất gồm 12 cấp, đến năm 1931 Wood và New mann đã bổ sung nhiều ý kiến quan trọng cho thang 12 cấp này

và nó được mang tên thang Mercalli cải tiến (viết tắt là thang MM)

Thang Mercalli cải tiến đánh giá độ mạnh của động đất dựa hoàn toàn vào hậu quả của nó tác động đến con người, đồ vật và các công trình xây

dựng Thang này được chia thành 12 cấp, cung cấp cho chúng ta một hình ảnh

chủ quan về mức độ tác động của một trận động đất lên con người, các đồ vật

và công trình xây dựng tại một địa điểm cụ thể

Bảng 1.1 Thang cường độ động đất Mercalli sửa đổi (MM)

II Một số ít người sống ở các tầng trên của nhà cảm nhận được hoạt

động địa chấn Các vật treo có thể dao động

III Một số người cảm nhận được hoạt động địa chấn giống như rung

động của xe ô tô chạy với tốc độ cao gây ra Xe ô tô đang đỗ bị

dịch chuyển

IV Tất cả mọi người trong nhà cảm nhận được hoạt động địa chấn

Người đang ngủ bị thức giấc Ô tô đang đỗ bị dịch chuyển mạnh

V Tất cả mọi người cảm nhận được hoạt động địa chấn Đồ đạc và

giường ngủ bị lắc Đồ sứ bị vỡ Trần thạch cao bị nứt

VI Đa số người hoảng sợ chạy ra khỏi nhà Chuông kêu, con lắc

đồng hồ bị dừng Trần bằng thạch cao rơi xuống Ống khói ló sưởi bị hư hỏng Nhà bị hư hỏng nhẹ

VII Tất cả mọi người chạy khỏi nhà Nhà bị hư hỏng phụ thuộc phụ

thuộc vào chất lượng xây dựng VIII Các tường ngăn bị nứt, khung, tượng, tháp chuông bị đổ Các vết

nứt xuất hiện ở nền đất dốc hoặc ẩm ướt ; đá trên núi rơi xuống Lái xe khó chịu

IX Nhà bị dịch chuyển khỏi móng, bị nứt, bị nghiêng, đa số không

sử dụng được Nền đất bị nứt hở ra Các đường ống ngầm bị vỡ

X Nền đất bị trượt Đường ray bị uốn cong Các công trình bằng

khối xây bị đổ Mặt đất mở ra

XI Cầu bị đổ Chỉ có những công trình mới xây không bị đổ nhưng

thường bị hư hỏng nặng XII Các công trình do con người tạo ra bị phá hủy hoàn toàn ; địa

hình bị thay đổi, các đứt gãy lớn được tạo ra, các sông nhỏ bị đổi dòng

1.2.1.2 Thang MSK-64

Thang cường độ động đất MSK-64 do ba nhà khoa học Medvedew, Sponhauer và Karnic đề xuất năm 1964 Ngoài việc đánh giá và phân loại tác động của động đất lên con người, môi trường và các công trình xây dựng gần tương tự như thang MM nhưng chi tiết và cụ thể hơn, cường độ động đất theo thang MSK-64 còn được đánh giá qua hàm chuyển vị của một con lắc chuẩn hình cầu mô tả chuyển động địa chấn Ở thang cường độ động đất này, trước

hết người ta phân loại hậu quả phá hoại gây ra bởi trận động đất sau đó mới đánh giá định lượng cường độ chuyển động theo hàm chuyển vị cực đại của con lắc (bảng 1.2) Ảnh hưởng của chuyển động tức thời của nền đất tới các công trình xây dựng được biểu thị dưới dạng phổ tác động theo hàm của chu

kỳ riêng và số logarit của lực cản

trường

I Không

đáng kể

Không cảm nhận được

ngủ thức dậy

Các đồ vật treo đung đưa, các bức tranh treo trên tường bị

VIII Thiệt hại Tất cả mọi người

IX Thiệt hại

lớn

Sợ hãi Nhà bị hư hỏng ở

diện rộng, tường và mái bị đổ

Nền đất bị

nứt, bị trượt

toàn bộ

Sợ hãi bao trùm Nhà và các công trình

xây dựng khác bị đổ hoàn toàn

Bề mặt đất bị thay đổi, xuất

Trong đó : X0 thông số đặc trưng cho cường độ động đất, biểu thị chuyển

vị lớn nhất (tính theo mm) của một con lắc hình cầu có chu kỳ dao động riêng

T1=0,25 s và số gia logarit của lực cản ∆0 =0,5 Bảng 1.4 cho ta mối quan hệ

giữa cấp động đất và biên độ X0 của con lắc chuẩn

B ảng 1.3 Đặc trưng cấp cường độ động đất theo thang MSK-64

υ- hệ số lực cản được xác định theo hàm của số gia logarit lực cản của công trình ∆

∆

= 2

1

ν (0,25≤ ∆ ≤2) ψ- hệ số phổ phụ thuộc vào chu kỳ dao động riêng của công trình, được xác định như sau

Khi 0,1s < T < 0,5s ψ = T2

/T1 2

Khi 0,5s < T < 1,5s ψ = 2T2

/T1 2

Khi 1,5s < T < 2,5s ψ = 12

Bởi vì hệ số phổ ψ của các trận động đất khác nhau rất khác nhau, nên không thể có hai trận động đất có thành phần phổ giống hệt nhau Các giá trị

hệ số phổ của Medvedev là các giá trị trung bình thu được từ việc phân tích

80 số đo của các chuyển động địa chấn, phụ thuộc vào các tính chất cơ – lý không những của nền đất mà còn cả môi trường sóng địa chấn truyền qua Trên quan điểm thiết kế công trình, cường độ động đất xác định theo các thang cường độ ở trên không có ý nghĩa quan trọng Nguyên nhân chủ yếu

nằm ở chỗ các thang cường độ động đất không cung cấp bất kỳ một thông tin nào về các thông số liên quan tới chuyển động của nền đất (ví dụ chuyển vị ,

tốc độ, gia tốc cực đại, chu kỳ trội ) cần thiết cho việc tính toán kháng chấn các công trình xây dựng Vì lý do này, nhiều nhà khoa học đã cố gắng tìm cách thiết lập mối quan hệ giữa cấp cường độ động đất với trị số gia tốc cực đại của chuyển động nền đất Năm 1981 viện Kiến trúc Nhật Bản (AIJ) đã thiết lập mối quan hệ giữa các thang MM, MSK-64 và JMA với gia tốc cực đại của nền a0 (cm/s) xem (hình 1.3) [2]

Tiêu chuẩn ‘Thiết kế công trình chịu động đất’ của Việt Nam TCXDVN

375 : 2006 cũng đã cho các số liệu chuyển đổi từ cấp cường độ động đất sang đỉnh gia tốc trên nền đá gốc [6], xem (bảng 1.4)

0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Trong thực tế, việc thiết lập mối quan hệ giữa gia tốc nền đất với hậu quả

của nó gây ra cho một trận động đất là rất khó chính xác, vì có quá nhiều yếu

tố can thiệp vào: loại và chất lượng công trình, độ dài thời gian xảy ra động đất, trạng thái tự nhiên của nền đất… chính vì vậy mà người ta nhận thấy trong thực tế, cùng một gia tốc chuyển động nền nhưng hậu quả lại khác nhau đối với từng loại công trình khác nhau Cho nên để đánh giá tác dụng của động đất lên công trình, cần xem xét đến chu kỳ trội của nền đất và quan hệ

của nó với chu kỳ dao động công trình

1.2.2 Thang độ lớn động đất

Thay cho việc đánh giá cường độ động đất thông qua hậu quả của nó, năm 1935 chuyên gia địa chấn Mỹ Ch F Richter đã đề ra thang đo cường độ

động đất bằng cách đánh giá gần đúng năng lượng được giải phóng ở chấn tiêu và vậy nên thang độ lớn động đất mang tên ông

Theo định nghĩa của Richter, độ lớn M của một trận động đất là lô-ga- rit

thập phân của biên độ cực đại A đo bằng micron (µ m) ghi được tại một điểm cách chấn tâm 100 km bằng một địa chấn kế xoắn do H.O.Wood và J Anderson thiết kế Địa chấn kế này có chu kỳ dao động tự nhiên bằng 0,8 s,

hệ số cản tới hạn 80% và hệ số khuyếch đại tĩnh các sóng 2.800 Hệ số khuyếch đại tĩnh các sóng là tỷ lệ giữa biên độ đọc trên địa kế và biên độ thực

của chuyển vị nền đất

Tuy vậy trong thực tế, địa chấn kế chuẩn không phải lúc nào cũng đặt cách chấn tiêu 100 km, nên để thiết lập thang đo độ lớn, Richter đã xét mối quan hệ giữa biên độ cực đại A và khoảng cách chấn tâm L Richter nhận thấy

rằng các đường cong thể hiện mối quan hệ giữa logA và L gần như song song

với nhau cho 2 trận động đất bất kỳ Richter đã chọn một đường cong đặc thù làm chuẩn, độ lớn của một trận động đất là hiệu số giữa biên độ của nó và biên độ của trận động đất chuẩn được chọn (Richter 1958)

M = logA- logA0 (1.8) Trong đó:

A- biên độ lớn nhất của trận động đất đang xét do địa chấn kế Wood- Anderson ghi được tại trạm quan trắc (mm);

A0- biên độ lớn nhất của trận động đất chuẩn có cùng khoảng cách chấn tâm (mm)

Quan hệ giữa năng lượng E được giải phóng ở chấn tiêu với độ lớn M được tính theo công thức:

LogE = 9,9+1,9M-0,024M2 (1.9)

Qua tính toán, tương quan giữa năng lượng E và độ lớn M được cho trong (bảng 1.5)

B ảng 1.5 Quan hệ giữa năng lượng E và độ lớn M

E 0,08⋅10 20 2,5⋅10 20 10,1⋅10 20 80⋅10 20 460⋅10 20 2500⋅10 20 20000⋅10 20

Thực ra, về mặt lý thuyết thang Richter bắt đầu con số không và không

có giới hạn trên Nhưng cho đến nay người ta chưa đo được trận động đất nào

có M đạt đến 9 Các trận động đất mạnh ở Columbia (31/11/1906) và tại Sanricu Nhật Bản (2/3/1993) cũng chỉ có M=8,9

Năng lượng được giải phóng ở chấn tiêu được phân chia làm hai phần:

một phần chuyển thành sóng địa chấn; phần còn lại làm biến dạng và phá hủy môi trường quanh chấn tiêu, gây nứt và trượt đất Sau khi năng lượng được

giải phóng thì quá trình tích lũy năng lượng lại bắt đầu ở vùng xung yếu tại

vết nứt, và qua khoảng thời gian từ 10 đến 100 năm lại có khả năng xảy ra động đất Chính vì vậy, động đất xảy ra có tính chất chu kỳ

Thang độ lớn M cho chúng ta một tiêu chuẩn khách quan để đánh giá cường độ các chuyển động địa chấn Nó đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc nghiên cứu động đất và hiện nay được sử dụng rộng rãi trên thế

giới

1.3 Các đặc trưng chuyển động của nền đất

Khi động đất xảy ra, chuyển động của bất kỳ hạt vật chất nào trong nền đất đều theo một quỹ đạo phức tạp 3 chiều với gia tốc, vận tốc và chuyển vị thay đổi nhanh chóng trong một giải tập hợp tần số rộng Chuyển động nền đất mạnh này được đo và ghi lại dưới dạng các đồ thị bằng một loại địa chấn

kế có biên độ lớn Từ các đồ thị gia tốc, vận tốc và chuyển vị biến thiên theo

thời gian ghi được từ các trận động đất khác nhau chúng ta thấy rằng chuyển

động của nền đất khá phức tạp và không đều Chuyển động của nền đất trong các trận động đất khác nhau cũng rất khác nhau Điều này gây cho chúng ra

rất nhiều khó khăn trong việc xác định một cách đầy đủ và chính xác các đặc trưng của chuyển động nền Trong số các đặc trưng của chuyển động nền khi động đất xảy ra, các đặc trưng sau đây có ý nghĩa quan trọng trong thiết kế kháng chấn công trình:

- Biên độ lớn nhất của chuyển động nền đất;

- Khoảng thời gian kéo dài của chuyển động mạnh;

- Nội dung tần số

Mỗi một đặc trưng trên đều có ảnh hưởng lớn tới phản ứng của công trình Trước hết, biên độ lớn nhất của chuyển động nền ảnh hưởng tới biên độ dao động của công trình Khoảng thời gian kéo dài của các chuyển động mạnh

có hệ quả quan trọng tới mức độ tàn phá của chấn động nền lên công trình Chuyển động nền với gia tốc đỉnh vừa phải và khoảng thời gian kéo dài lớn

có thể gây tàn phá lớn hơn so với trường hợp chuyển động nền với gia tốc đỉnh lớn nhưng khoảng thời gian kéo dài ngắn Nội dung tần số và hình dạng

phổ liên quan tới tần số hoặc chu kỳ dao động của công trình Đối với một hệ

kết cấu khi nội dung tần số của chuyển động nền gần trùng với tần số dao động riêng của công trình thì chuyển động nền sẽ khuếch đại dao động của công trình dẫn tới hiện tượng cộng hưởng rất nguy hiểm

1.4 Đánh giá các thông số của chuyển động nền đất

Việc thiết kế kháng chấn các công trình xây dựng đòi hỏi phải đánh giá được mức độ chuyển động của nền đất có thể xảy ra tại địa điểm xây dựng

Do mức độ chuyển động nền đất có thể được biểu thị qua các thông số chuyển động nền đất nên nhiều phương pháp đánh giá các thông số chuyển động này

đã được đề xuất Các phương pháp đánh giá các thông số chuyển động nền đất cho chúng ta các biểu thức dự đoán, biểu thị các thông số chuyển động

nền đất qua các yếu tố ảnh hưởng mạnh tới chuyển động nền đất Kết quả nghiên cứu cho thấy, chuyển động nền đất và thời gian kéo dài của nó tại một địa điểm nào đó, chịu ảnh hưởng của các yếu tố chủ yếu sau:

- Độ lớn động đất M tại vùng chấn tâm;

- Khoảng cách R từ nơi giải phóng năng lượng (khoảng cách chấn tiêu

hoặc khoảng cách từ đứt gãy gây động đất);

- Các điều kiện nền đất tại địa điểm đang xét;

- Sự thay đổi điều kiện địa chất công trình và tốc độ truyền sóng dọc theo đường truyền;

- Cơ chế và các điều kiện phát sinh động đất (loại đứt gãy, các điều kiện ứng suất, sự tụt ứng suất,…)

Các số liệu địa chấn ghi lại được từ các trận động đất xảy ra trong quá

khứ đã được sử dụng để nghiên cứu một vài yếu tố trong số các yếu tố kể trên Trong khi một số yếu tố như điều kiện nền đất tại địa điểm đang xét và khoảng cách từ nơi giải phóng năng lượng tương đối dễ thấy và có số liệu tương đối đầy đủ, một số yếu tố khác như ảnh hưởng của cơ chế phát sinh động đất và sự thay đổi điều kiện địa chất dọc theo đường truyền sóng khá

phức tạp và rất khó định lượng Nhiều yếu tố ảnh hưởng có mối quan hệ mật thiết với nhau và rất khó tách ra để đánh giá riêng biệt Do đó ta sẽ phân tích

một số yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới chuyển động của nền đất tại địa điểm đang xét

Phần lớn năng lượng được giải phóng ở chấn tiêu được truyền đi dưới

dạng các sóng đàn hồi Bởi vì lượng năng lượng được giải phóng trong một

trận động đất liên quan mật thiết với độ lớn động đất, nên các đặc trưng của sóng đàn hồi cũng liên quan mật thiết với độ lớn động đất

Khi các sóng đàn hồi được lan truyền đi từ chấn tiêu, chúng bị hấp thụ và phân tán một phần bởi môi trường truyền sóng Kết quả là năng lượng riêng

(năng lượng trên một đơn vị thể tích) suy giảm cùng với sự gia tăng khoảng cách đến chấn tiêu Do các đặc trưng của sóng đàn hồi liên quan mật thiết với năng lượng riêng nên đồng thời chúng cũng liên quan mật thiết tới khoảng cách truyền sóng

Các biểu thức dự đoán chuyển động của đất nền thường biểu thị các thông số chuyển động nền đất dưới dạng các hàm của độ lớn động đất, khoảng cách từ nơi xảy ra động đất và trong một số trường hợp còn có thêm các thông số khác Dạng tổng quát của các biểu thức dự đoán được viết như sau:

Y = f(M,R,Pi) (1.10) Trong đó:

Y- thông số chuyển động nền đất đang xét;

M- độ lớn động đất;

R- khoảng cách từ nguồn phát sinh động đất tới địa điểm đang xét;

Pi- các thông số khác (biểu thị các đặc trưng của nguồn phát sinh động đât, quãng đường truyền sóng, các điều kiện nền đất cục bộ)

Các biểu thức dự đoán chuyển động nền đất được thiết lập trên cơ sở phân tích hồi quy các dữ liệu ghi được từ các chuyển động địa chấn mạnh Do

đó chúng thay đổi theo thời gian mỗi khi có thêm các dữ liệu mới ghi lại được

Các thông số biên độ chuyển động nền đất (như gia tốc đỉnh và vận tốc đỉnh) giảm khi khoảng cách tới nguồn phát sinh động đất tăng Do đó các biểu

thức dự đoán các thông số này thường được gọi là các biểu thức suy giảm

chấn động động đất hoặc các biểu thức tắt dần dao động nền Khi thiết lập bản

đồ phân vùng động đất trong các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn, người ta thường sử dụng các biểu thức suy giảm chấn động để xác định gia tốc lớn

nhất và vận tốc lớn nhất của nền đất theo phương ngang tại một khu vực nào

đó Vì lý do này, các nhà địa chấn học đã nghiên cứu và đề xuất ra rất nhiều

biểu thức xác định sự suy giảm chấn động cho các vùng khác nhau trên thế

giới

1.5 Bản đồ phân vùng động đất

Để dự báo các trận động đất có thể xảy ra trong tương lai và làm cơ sở cho việc xây dựng tiêu chuẩn kháng chấn, các chuyên gia địa chấn phải nghiên cứu tình hình động đất ở một quốc gia và các vùng, sau đó thành lập hai loại bản đồ phân vùng động đất

Bản đồ phân vùng động đất lãnh thổ, trên đó thể hiện ba tham số cơ

bản:

- Vùng phát sinh động đất mạnh

- Chấn động cực đại mà động đất từ các nguồn khác nhau có thể gây ra trên lãnh thổ

- Tần suất lặp lại chấn động các cấp ở các địa điểm khác nhau

Nhờ bản đồ phân vùng động đất lãnh thổ, mọi người có thể hình dung tình hình động đất của một quốc gia và cho phép dự báo những trận động đất

mạnh có khả năng xảy ra trong tương lai

Bản đồ vi phân vùng động đất, trên đó được thể hiện:

- Các đặc trưng của động đất lớn nhất có thể xảy ra và tác động của nó đến các công trình xây dựng;

Hình 1.4 Bản đồ các vùng phát sinh động đất mạnh

trên lãnh thổ Việt Nam

Hình 1.5 Bản đồ phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt Nam

Chu kỳ lặp lại 500 năm, nền loại A

1.6 Khái quát v ề tính toán công trình chịu động đất

Khi động đất xảy ra, do ảnh hưởng của sóng địa chấn, nền đất bị các lực kéo, nén, cắt, xoắn tác dụng nên có thể bị mất ổn định Kết quả, sau khi sóng địa chấn đi qua, nền đất có thể bị lún, sụt lở và hóa lỏng các công trình đặt trên nền đất bị phá hoại do động đất vừa nêu trên đây sẽ bị phá hoại theo Trong trường hợp nền đất ổn định, công trình đặt trên nền đất sẽ xuất

hiện các phản ứng (chuyển vị, vận tốc, gia tốc) và nội lực của công trình nói chung sẽ vượt quá giá trị nội lực đã tính toán tĩnh Đây là nguyên nhân trực

tiếp dẫn đến sự hư hại và phá hỏng các công trình nằm trong vùng động đất

Một cách tổng quát, tác dụng phá hoại của động đất đến các công trình xây dựng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó ngoài các tham số đã được

biều diễn trên bản đồ địa chấn và vi địa chấn, phải kể đến phản ứng của nền đất và của công trình, độ cứng của công trình (được phản ánh qua chu kỳ dao động riêng và các dạng dao động chính), tính chất cơ lý của vật liệu xây dựng,

độ tin cậy của phương pháp tính toán, biện pháp cấu tạo, chất lượng thi công

và nhiều yếu tố ngẫu nhiên khác

Sau các trận động đất mạnh đã xảy ra, các chuyên gia kháng chấn đã

thống kê được các hư hỏng chính sau đây:

- Toàn bộ các kết cấu tầng một bị phá hủy hoàn toàn và nhà bị sập;

- Phá hoại từng phần và nứt các bộ phận chịu lực, đặc biệt là cột và tường chịu lực

- Bong các mối nối;

- Nứt móng làm công trình lún không đều, thậm chí có thể lật đổ hoàn toàn cả một khối công trình (kết cấu toàn khối, cứng) do nền bị phá hủy hoàn toàn (hóa lỏng);

- Đổ các tường ngăn và rạn nứt ở các góc nhà…

Cỏc hư hỏng và đổ vỡ trờn đõy thường tập trung vào loại cụng trỡnh chưa được thiết kế khỏng chấn Tuy nhiờn đối với cỏc cụng trỡnh đó thiết kế khỏng

chấn vẫn cú thể xuất hiện cỏc sự cố đỏng tiếc Nguyờn nhõn cơ bản của cỏc sự

cố trong cỏc cụng trỡnh đó cú thiết kế khỏng chấn là do việc xỏc định cấp thiết

kế khỏng chấn thấp hơn cấp động đất đó xảy ra Ngoài ra, sự hư hỏng của nhiều cụng trỡnh cũn do nhiều nguyờn nhõn khỏc như: dựng mụ hỡnh và lý thuyết tớnh toỏn thiếu tin cậy, sai sút trong số liệu địa chất nền múng và xử lý gia cố múng khụng hợp lý, cấu tạo khụng phự hợp với trạng thỏi chịu lực, sai sút trong thi cụng…

1.6.1 L ực tổng động đất và hệ số động đất

Khi động đất lớp đất nền cụng trỡnh dịch chuyển cựng với nền đất Tuy

vậy số liệu đo đạc cho thấy rằng thành phần nằm ngang của gia tốc nền lớn hơn nhiều so với thành phần thẳng đứng Do đú thành phần thẳng đứng ta cú

thể bỏ qua [9]

Từ quan điểm lực học, tỏc động của động đất (mà ta coi như là tỏc động

của dao động gối tựa) cú thể chuyển về việc xỏc định lực động đất sinh ra do

sự chuyển động của cụng trỡnh mà lực này truyền từ nền vào cụng trỡnh thay cho chuyển động (xem hỡnh 1.6)

W là trọng lượng công trình W

F = CW (1.11) Trong đó:

F- là lực nằm ngang đặt ở đáy công trình được gọi là lực tổng động đất hay còn g ọi là lực cắt đáy;

Năm 1957 Mỹ đưa ra quy phạm mới (có tên là [SEAOC)) có dạng bậc thang dùng xác định lực tổng động đất Theo công thức này cùng với khái

niệm hệ số động đất họ còn đưa ra khái niệm mới liên quan tới khả năng

ngậm năng lượng của kết cấu do tính dẻo của vật liệu (còn gọi là hệ số dẻo),

từ đây ta thấy kết cấu có khả năng chịu được biến dạng khá lớn nhờ tính đàn

hồi – dẻo của vật liệu kết cấu mà không hề bị phá hoại hay giảm độ cứng đáng kể nào

Để dễ hiểu khái niệm “hệ số dẻo” ta xét đồ thị quan hệ lực – chuyển vị trên (hình 1.7) trong hai trường hợp hệ đàn hồi lý tưởng và hệ đàn dẻo lý tưởng

Ta thấy rằng khả năng ngậm năng lượng của vật liệu đàn - dẻo tỷ lệ với

phần diện tích gạch nghiêng trên hình 1.7b, còn khả năng chịu tải có thể xác định được từ giả thiết về sự bằng nhau của các thế năng

t ue

a đàn hồi lý tưởng b đàn – dẻo lý tưởng

Hình 1.7 Quan hệ lực – chuyển vị

Cho thế năng của hệ đàn – dẻo

lý tưởng ( diện tích hình thang OCEF

trên hình 1.8) bằng thế năng của hệ đàn

hồi tưởng tượng ra (diện tích OAB) ta

có thể xác định được lực Fto mà hệ

đàn - dẻo thực tế có khả năng chịu

đựng được

Hình 1.8 Giả thiết cần bằng năng lượng

Biểu thức xác định Fto như sau:

Trong tính toán thực tế người ta cũng thường kể tới cả ảnh hưởng của sự

cản này trong hệ số dẻo

F F

t

t ue

E C

Trong trường hợp đơn giản (như thanh chịu uốn hay kéo (nén)), hệ số

dẻo này xác định được đơn giản, trong [16] trình bày ví dụ cụ thể Đối với kết

cấu hỗn hợp phức tạp thì vấn đề phức tạp hơn, bởi vì các phần tử kết cấu không đồng thời đạt tới giới hạn đàn hồi Bởi vậy phần lớn người ta định nghĩa hệ số dẻo như là tỷ số giữa chuyển vị đạt được khi độ cứng bị giảm nhưng không đáng kể với chuyển vị tính được khi coi hệ hoàn toàn đàn hồi

Trở lại việc xác định lực động đất, thấy rằng nhờ đưa vào hệ số dẻo mà

đã có thể xét cả các tính chất chịu tải khác nhau của các kết cấu và vật liệu khác nhau

Như vậy theo quy định mới này, lực tổng động đất có thể xác định theo công thức sau đây:

Ở đây k là hệ số dẻo Trong quy phạm mới này, hệ số động đất C cũng khác so với trong (1.11) Để có thể hiểu một cách chính xác hơn các đặc trưng động lực học của công trình, ở đây không coi nó là hằng số như trong (1.11)

mà là hàm của chu kỳ cơ bản T theo phương ngang của công trình khi dao động

3

05 , 0

việc xác định lực động đất Người ta muốn kể tới cả ảnh hưởng của nhiều yếu

tố mới như: Khả năng động đất của khu vực xây dựng, chất lượng lớp nền đá

gốc, mức độ quan trọng của công trình… và lại hiệu chỉnh công thức tính lực

tổng động đất mới hơn như sau:

F = Z⋅I⋅K⋅S⋅C⋅W (1.15)

Ý nghĩa của các hệ số mới như sau:

Z- hệ số vùng (kể tới khả năng xảy ra động đất của các vùng khác nhau

và liên quan tới gia tốc nền cực đại);

I- hệ số mức độ quan trọng - liên quan đến yêu cầu về độ an toàn, quan

trọng của công trình;

S- hệ số đất nền, nó liên quan tới tần số truyền sóng động đất trong các

loại đất khác nhau Nói cách khác là chuyển động của đất cũng có một chu kỳ dao động riêng trội To và do đó mà giữa đất và kết cấu cũng sẽ có một hiện tượng cộng hưởng nhất định

Cũng cần chú ý rằng: nhiều nhà nghiên cứu đã từng tranh luận là tất cả các loại đất nền đều có một chu kỳ đặc trưng chung của chúng Tuy nhiên theo kết quả đo đạc của trận động đất ở San-fernando và ở Elcentro thì không

thấy có một chu kỳ như thế này [Jesnings.P.C- 1973]

Ta có thể thu gọn tất cả các hệ số không thứ nguyên trong (1.15) thành

một hệ số chung

CS = Z⋅I⋅K⋅S⋅C (1.16)

Từ nay ta gọi chung CS là hệ số động đất, (1.16) là dạng tổng quát cho hệ

số động đất Lúc này công thức tổng quát tính lực tổng động đất là:

Khi xây dựng phương pháp tính lực động đất, ở mỗi nước vận dụng công

thức (1.15) một cách khác nhau Tính lực động đất theo (1.15) được gọi là phương pháp quy phạm

1.6.2 Các phương pháp tính toán công trình chịu tác dụng của động đất

sự khác nhau giữa hai phương pháp là cách xác định các lực động đất và cách phân chia các lực này trên kết cấu

Dưới đây trong chương II của luận văn sẽ trình bày một cách có hệ thống

có phân tích quy phạm của một số nước nhằm xem xét chúng sai khác nhau như thế nào so với công thức tổng quát (1.15) cũng như giới hạn áp dụng của

từng phương pháp quy phạm Ngoài ra trong chương III sẽ trình bày phương pháp động lực học tổng quát cho phép xác định lực động đất trong trường hợp

tổng quát nhất

1.7 K ết luận chương I

Trong chương I, tác giả đã trình bày một cách tổng quan về động đất và tính toán công trình chịu động đất đó là: Các khái niệm cơ bản về động đất, nguồn gốc động đất, sóng địa chấn, đánh giá sức mạnh động đất thông qua thang cường độ động đất và thang độ lớn động đất Phân tích các đặc trưng chuyển động của nền đất có ý nghĩa quan trọng trong thiết kế kháng chấn công trình, từ đó đưa ra các phương pháp đánh giá các thông số chuyển động

nền đất Trình bày về bản đồ phân vùng động đất Nêu khái quát về tính toán công trình chịu tác động động đất bao gồm; phân tích tác hại của động đất đến công trình xây dựng, phân tích bản chất của công thức tính lực động đất theo các phương pháp quy phạm làm cơ sở lý thuyết cho chương II để tác giả trình

bày về các phương pháp quy phạm xác định lực động đất, từ đó trình bày một cách có hệ thống, có phân tích quy phạm của một số nước trên thế giới

Chương II CÁC PHƯƠNG PHÁP QUY PHẠM TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHỊU

TÁC D ỤNG CỦA ĐỘNG ĐẤT 2.1 Các phương pháp quy phạm xác định lực động đất

Có lực động đất đặt ở chân công trình lực cắt đáy xem (hình 1.6), song

để thiết kế được công trình ta còn cần phải biết lực động đất này phân bố ra như thế nào trên toàn kết cấu, để từ đó ta có thể xác định được chuyển vị, nội

lực, ứng suất tại các tiết diện phục vụ thiết kế

Lực phân bố trên kết cấu này chính là lực quán tính sinh ra khi kết cấu

dịch chuyển có gia tốc (do nền dịch chuyển có gia tốc) gây ra, cho nên nó chính là tích giữa gia tốc và khối lượng tại điểm xét

Trạng thái gia tốc chính xác của kết cấu ta chưa biết, đặc biệt là ở trận động đất chưa xảy ra thì lại càng chưa hề biết Tuy vậy, trong thực tế ta phải thu thập các kinh nghiệm, các tính toán lý thuyết và các phép gần đúng cho phép giả thiết dạng gia tốc cũng như sự phân bố của lực quán tính

Như đã trình bày, việc xác định lực động đất trong các quy phạm thường dùng 2 phương pháp: phương pháp tĩnh lực học và phương pháp động lực

học

Phương pháp tĩnh lực học (hay còn gọi là giải tích tĩnh học tương

đương) là phương pháp có từ lâu và tính toán đơn giản Nội dung cơ bản của phương pháp tĩnh là giả thiết dạng gia tốc của kết cấu là tuyến tính, còn các

lực quán tính sẽ đặt tại những nơi mà ở đó ta đã tập trung khối lượng

Rõ ràng cách phân chia này chỉ áp dụng được với các kết cấu không

nhạy cảm lắm với động lực học

Phương pháp động lực học là phương pháp tính toán dựa vào quan

điểm động lực học: đối với những kết cấu phức tạp việc tính toán và phân

phối lực động đất phải được thực hiện bằng phương pháp động lực học