Chuyên đề các phương pháp tính công trình chịu động đất

Hiện nay, các phần mềm tính kết cấu Sap2000, Etabs là những phần mềm rất quen thuộc với các kĩ sư kết cấu và chúng đều có thể tính được công trình chịu động đất theo ba phương pháp trên

ĐỘNG ĐẤT

I/ĐẶT VẤN ĐỀ

Năm 2006 bộ xây dựng đã ban hành tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất 375 : 2006 Trong đó, phần lớn tiêu chuẩn yêu cầu tính toán dựa vào

đường phổ phản ứng Bên cạnh đó, phương pháp phân tích lịch sử thời gian cũng khuyến khích được dùng Cả hai phương pháp này còn khá mới mẻ ở Việt Nam so với phương pháp tải trọng ngang tĩnh tương đương Hiện nay, các phần mềm tính kết cấu Sap2000, Etabs là những phần mềm rất quen thuộc với các kĩ

sư kết cấu và chúng đều có thể tính được công trình chịu động đất theo ba phương pháp trên một cách chính xác và nhanh gọn Tuy nhiên, các kĩ sư vẫn gặp khó khăn khi áp dụng vào tính toán vì sự phức tạp của bài toán động lực học khi áp dụng vào từng công trình cụ thể Nếu không hiểu rõ vấn đề có thể dẫn đến những sai sót rất nghiêm trọng trong thiết kế

1/Giới thiệu chung về động đất.

Sự hình thành động đất : động đất có liên quan đến sự tỏa ra một khối năng lượng rất lớn từ một vị trí nhất định, nơi đó có thể nằm sâu trong lòng đất Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự phát sinh khối năng lượng gây ra động đất, nhưng nguyên nhân cơ bản là sự chuyển động tương hỗ không ngừng của các khối vật chất nằm sâu trong lòng đất để thiết lập một thế cân bằng mới, được gọi là vận động kiến tạo, và động đất là hậu quả của vận động kiến tạo đó.Điểm phát ra năng lượng của một trận động đất được gọi là chấn tiêu, hình chiếu của chấn tiêu theo phương đứng lên mặt đất được gọi là chấn tâm

Khi động đất xảy ra, năng lượng từ chấn tiêu truyền ra môi trường xung quanh dưới dạng sóng đàn hồi vật lý : sóng dọc, sóng ngang và sóng mặt Tất cả các sóng này do động đất gây ra gọi là sóng địa chấn

Khi động đất xảy ra, do ảnh hưởng của sóng địa chấn, nền đất bị kéo, nén, xoắn, cắt nên có thể bị mất ổn định, kết quả sau khi sóng địa chấn đi qua, nền

Một số hình ảnh về các thiệt hại trận động đất

Sự sụp đổ một trờng học nằm trên đờng đứt gãy Sự sụp đổ của một nhà khung

Cây cầu dành cho xe môtô tuyến sang Châu Âu bị phá hỏng

Chuyển vị và nghiêng của các ngôi nhà gây ra bởi hoá lỏng đất nền tại trận động đất 1964 ở Niigata.

Đổ nhà chung c tại Kawagishi-Cho,Niigata gây ra bởi hoá lỏng nền đất trong trận động đất Niigata 1964

2/Tớnh hỡnh ủoọng ủaỏt oồ vieọt nam

Theo Thứ trưởng Bộ Xõy dựng Nguyễn

Văn Liờn, trong quỏ khứ, đó từng xảy ra

những trận động đất hoặc chịu ảnh hưởng

của dư chấn tại một số nơi trờn lónh thổ

nước ta

Căn cứ bản đồ phõn vựng động đất lónh

thổ Việt Nam do Viện Vật lý Địa cầu lập,

ở nước ta chỉ cú một số vựng thuộc khu

vực phớa Bắc được dự bỏo là cú khả năng

xảy ra động đất cấp 8 (theo thang MSK),

chấn động do động đất gõy ra tại một số

địa điểm vựng Tõy Bắc cú thể đạt tới cấp

9, cũn đại bộ phận lónh thổ Việt Nam cú

thể xảy ra động đất yếu và rất yếu Như

vậy, động đất xảy ra tại Việt Nam cú

cường độ khụng mạnh và số lượng khụng

nhiều so với nhiều nơi trên thế giới, cường độ thường ở mức trung bình và trung bình yếu Tần suất động đất với cường độ mạnh xảy ra là rất thấp.

3 Tình hình xây dựng và kháng chấn cho nhà cao tầng ở Việt Nam

Theo dự thảo tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng, nhà cao từ 9 tầng trở lên được gọi làcao tầng Khái niệm này cũng phù hợp với phân loại nhà của một số tổ chức quốc

tế Với khái niệm này thì nhà cao tầng được xây dựng đầu tiên ở miền Bắc là toà nhà cao 11 tầng ở hồ Giảng Võ, nay là Khách sạn Hà Nội Tuy nhiên, để thấy rõ hơn quá trình phát triển xây dựng nhà cao tầng có kháng chấn, ta sẽ điểm qua một

số giai đoạn điển hình của quá trình phát triển xây dựng nhà cao tầng ở Việt Nam.Nhà cao tầng chỉ mới xây dựng nhiều vào khoảng chục năm gần đây Về tổng quát,

có thể phân quá trình phát triển nhà cao tầng ở Việt Nam theo 4 giai đoạn sau:

3.1 Giai đoạn xây dựng thời kỳ 1954 - 1976

Giai đoạn này, các công trình nhà thường là thấp tầng, từ 1 - 5 tầng Kết cấu chịu lực của nhà thường là tường xây gạch hoặc khung bê tông cốt thép, sàn panel hay

đổ bê tông cốt thép toàn khối Những năm 1960 - 1976 xuất hiện thêm các nhà có giải pháp kết cấu lắp ghép: tấm nhỏ, tấm lớn và cả khung lắp ghép, nhưng chỉ có loại nhà lắpghép tấm lớn là phổ biến nhất Kết cấu tấm lắp ghép lúc đầu là bê tông

xỉ, dùng cho nhà 1 đến 2 tầng Sau đó là bằng bê tông cốt hép, dùng cho nhà cao tầng từ 4 đến 5 tầng Với giải pháp kết cấu nhà lắp ghép tấm lớn đã hình thành nên các khu chung cư: An Dương, Phúc Xá, Bờ sông (1 - 2 tầng); Kim Liên, Nguyễn Công Trứ (4 - 5 tầng); Yên Lãng, Trương Định (2 tầng); Trung Tự, Khương

Thượng, Giảng Võ, Vĩnh Hồ (4 - 5 tầng) Giai đoạn này, hầu hết các công trình nhàđều là thấp tầng và không được thiết kế kháng chấn

3.2 Giai đoạn xây dựng thời kỳ 1976 - 1986

Từ những năm 1976 - 1986, ở Hà Nội, Hải Phòng, Vinh, Phúc Yên, Việt Trì và một số thành phố thị xã ở miền Bắc xây dựng phổ biến loại nhà lắp ghép tấm lớn Chính trong một số loại nhà lắp ghép tấm lớn này đã được tính toán để chịu được động đất Điển hình cho các loại nhà đã được tính toán chịu động đất trong giai đoạn này là mẫu nhà lắp ghép tấm lớn IW của Đạo Tú do Đức thiết kế và mẫu nhà lắp ghép tấm lớn LV của Xuân Mai do Liên Xô thiết kế Các mẫu nhà này được

thiết kế theo tiêu chuẩn của Đức và Liên Xô, có khả năng chịu được động đất cấp 7

- 8 (theo thang MSX 64) Nhà cao tầng đầu tiên do Việt Nam thiết kế có tính toán chịu động đất là nhà 11 tầng Giảng Võ (Khách sạn Hà Nội) Công trình nhà này có giải pháp kết cấu khung vách và sàn bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ, thiết kế kháng chấn theo tiêu chuẩn của Liên Xô, chịu được động đất đến cấp 7 (theo thangMSK 64)

3.3 Giai đoạn xây dựng thời kỳ 1986 - 1997

Đây là giai đoạn đầu của thời kỳ đổi mới Một số dự án đầu tư của nước ngoài được triển khai ở Việt Nam Làn sóng đầu tư lần thứ nhất của nước ngoài vào những năm 90 đã tạo điều kiện thúc đẩy công nghiệp xây dựng ở Việt Nam phát triển Nhiều công nghệ xây dựng mới đã được đưa vào áp dụng, như công nghệ cọckhoan nhồi, bê tông thương phẩm, đổ bê tông bằng bơm phun, sàn dự ứng lực (DƯL) tạo điều kiện cho xây dựng nhà cao tầng phát triển Nhà cao tầng được xây dựng ngày một nhiều, nhất là ở TP Hồ Chí Minh và Hà Nội Các nhà cao tầng thời kỳ này chủ yếu sử dụng giải pháp kết cấu chịu lực là khung - vách bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ Chiều cao công trình phần nhiều là dưới 20 tầng Ở thời

kỳ này, vấn đề kháng chấn ít được quan tâm do Quy chuẩn xây dựng và Tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng TCXD 198: 1997 chưa được ban hành Những quy định bắt buộc về kháng chấn cho nhà cao tầng và các số liệu có tính pháp lý liên quan đến cấp động đất chưa rõ ràng Do vậy, nhiều công trình cao tầng xây dựng trong thời kỳ này không đươc thiết kế kháng chấn Tuy nhiên, cũng có một số côngtrình do yêu cầu của chủ đầu tư nên đã được thiết kế kháng chấn Một số giải pháp cấu tạo kháng chấn cũng đã được áp dụng trong thiết kế và xây dựng nhà, chẳng hạn như các giải pháp mối nối, giải pháp tạo khe kháng chấn, giải pháp tạo mặt bằng đối xứng Đặc biệt là công trình Tham tán thương mại Liên Xô (nay là Toà nhà Đại sứ quán Cộng hoà Liên bang Nga tại Hà Nội) đã sử dụng giải pháp cách chấn bằng lớp đệm đá dăm dày 2m đặt dưới móng của công trình Tiêu chuẩn kháng chấn được dùng để thiết kế cho các công trình này chủ yếu là tiêu chuẩn CHиП II - 7 - 81 của Liên Xô và tiêu chuẩn UBC của Hoa Kỳ

3 4 Giai đoạn xây dựng thời kỳ 1997 đến nay

Đây là giai đoạn nhà cao tầng được phát triển mạnh Nhiều giải pháp, công nghệ thi công tiên tiến được áp dụng như: công nghệ thi công TOP - DOWN; công nghệ

thi công cọc Baret; tường vây; cốp pha trượt (lõi cứng) kết hợp với lắp ghép (cột, sàn), kết hợp đổ tại chỗ với lắp ghép cấu kiện DƯL Với các công nghệ xuất hiện,ngày càng nhiều các công trình cao tầng trên 20 tầng Đã có những công trình nhà cao tới 33, 34 tầng được đưa vào sử dụng Giải pháp kết cấu của các công trình nhàcao tầng được áp dụng nhiều cho các nhà nay chủ yếu vẫn là kết cấu khung - vách hoặc khung - lõi bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ, kết hợp với sàn cũng bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ hoặc sàn bê tông cốt thép nửa lắp ghép (dạng sàn sandus) Riêng ở Hà Nội, nhiều nhà cao tầng do Tổng công ty Vinaconex xây dựng, sử dụng giải pháp thi công trượt lõi cứng kết hợp với sàn và cột lắp Các cấu kiện cột

và sàn có thể được DƯL

Các công trình nhà cao tầng được xây dựng ở Hà Nội trong giai đoạn này hầu hết đều được thiết kế kháng chấn chịu động đất cấp 7 Tiêu chuẩn kháng chấn được áp dụng vẫn chủ yếu là tiêu chuẩn CHиП II - 7 - 81 của Liên Xô và tiêu chuẩn UBC của Hoa Kỳ

Ở TP Hồ Chí Minh trước đây vẫn quan niệm rằng, các công trình xây dựng ở khu vực này không cần phải tính toán với tải trọng động đất Nhưng sau ảnh hưởng củacác chấn động do động đất ở ngoài khơi vùng biển Vũng Tàu năm 2005 làm các nhà cao tầng ở TP Hồ Chí Minh rung chuyển thì vấn đề thiết kế kháng chấn cho nhà cao tầng đã được quan tâm hơn Một số chủ đầu tư đã yêu cầu thiết kế công trình phải chịu được động đất Một trong các đơn vị đó là Công ty Đầu tư và Xây

dựng Hồng Quân Cơng ty này mới đây đã thiết kế các chung cư cao tầng do họ đầu tư chịu được động đất cấp 7

Trong quá trình động đất, cơng trình xây dựng bằng kết cấu khung phải chịu các mơ men

tăng cường và lực cắt Mơ men lớn nhất tác động tại các mối nối giữa cột và nền mĩng,

giữa cột và dầm, do đĩ các mối nối khơng đủ mạnh sẽ chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của lực.

Nguồn: TC Xây dựng, số 8-2007

4/MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI.

Mục tiêu của đề tài là đưa ra một quy trình tính toán tác động của động đất lên công trình theo 3 phương pháp được đề cập đến trong tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất của Việt Nam Đề tài vừa đưa ra cơ sở lý thuyết để phục vụ cho việc tính toán bằng tay và đưa ra cách thức khai báo trong phần mềm tính kết cấu chuyên dụng Sap2000, Etabs Chủ yếu là Etabs và ứng dụng cho nhà cao tầng với những hình thức kết cấu phổ biến như khung, vách Đề tài không xét đến ảnh hưởng tính chất của nền đất, móng và tầng hầm đến công trình khi chịu động đất

II/ TÍNH TOÁN TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT THEO MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP

fi Wi

V

y i

II.1/PHƯƠNG PHÁP TẢI TRỌNG NGANG TĨNH TƯƠNG ĐƯƠNG.

1.1/giới thiệu chung.

Đây là một phương pháp tính toán tác động của động đất đơn giản nhất vì yếu tố ứng xử động học của công trình không được kể đến một cách đầy đủ trong tính toán phương pháp tĩnh đã thay thế tác dụng của các loại tác động ngẫu nhiên bằng những lực tĩnh tương đương Lực tĩnh này được tính toán phụ thuộc vào các yếu tố như : hệ số khu vực theo bản đồ phân vùng động đất Z; hệ số mức độ quan trọng của công trình I; hệ số nền S; hệ số loại kết cấu K; chu kỳ dao động của công trình T; khối lượng tính toán của công trình W

Lực tác động được quy thành lực tập trung tại móng, lực tập trung tại móng này sẽ được phân bố theo phương đứng cho các tầng nhà Cách phân bố này phụ thuộc vào tiêu chuẩn tính toán của từng nước quy định

Hiện nay tồn tại một số cách phân bố phổ biến sau

+ Lực ngang tác động vào mỗi tầng của công trình tỉ lệ với

khối lượng của tầng đó và chuyển vị ngang của tầng đó:

Trong đó, yi là chuyển vị ngang từng tầng

Một số tiêu chuẩn cũ tính toán lực cắt tại móng với một số

dạng dao động cơ bản Sau đó cũng phân lực cắt trong từng dạng dao động cho các tầng theo nguyên tắc như trên Lực ngang tác dụng tại mỗi tầng trong từng dạng dao sẽ được tổ hợp lại để được lực ngang cuối cùng tại mỗi tầng theo nguyên tắc “căn bậc hai của tổng bình phương”

+ nếu xem chuyển vị ngang thay đổi tuyến tính theo chiều cao công trình, sự phân bố lực cắt giống như hình kim tự tháp lật ngược, tỷ lệ với cao trình mỗi tầng tính từ móng hi i. .i

(a) k = 1 đối với công trình có T < 0,5s

(b) k = 2 đối với nhà có T ≥ 2,5s

(c) k = 1÷ 2 được nội suy tuyến tính cho nhà có chu kỳ T = 0,5 ÷ 2,5s

Sau đó các bước tính toán nội lực, ứng suất, chuyển vị được tính toán tương tự như bài toán tĩnh học với một lực tĩnh ngang tác dụng tại mỗi tầng

1.2/Sử dụng phần mềm tính kết cấu Sap2000, Etabs để tính tác động của động đất theo phương pháp tải trọng ngang tương đương

Trong phạm vi đề tài, chỉ giới thiệu cách tính tải trọng ngang tương đương theo tiêu chuẩn xây dựng thống nhất UBC 1994

Thực hiện các bước sau để khai báo cho việc tính toán:

Define/ Static Load Cases.

Lựa chọn Type (QUAKE) / Lựa chọn Auto Lateral Load (UBC 94)

Chọn Modify Lateral Load… để khai báo các thông số cho việc tính toán (xem

Hình 1.1)

Hình 1.1 khai báo theo tiêu chuẩn UBC 94

Tác động của động đất được quy thành lực ngang tương đương tại móng

số của Rw được cho trong bảng 1.1 và 1.2 Phụ lục 1

+ W là tổng tải trọng tĩnh của công trình và thành phần tải khác có thể gây tác dụng đến công trình

+ Z - là hệ số địa chấn phân theo vùng với các giá trị từ 0,4 trong vùng 4, 0,3 trong vùng 3, 0,2 trong vùng 2B, 0,15 trong vùng 2A, 0,075 trong vùng 1 và 0 trong vùng 0 Giá trị phù hợp của Z được định nghĩa cho Ustate bởi một bản đồ phân vùng được chia thành từng vùng biểu thị 5 cấp độ của động đất

+ C - là một hệ số biểu thị mối quan hệ với chu kỳ dao động cơ bản của kết cấu(T), bao gồm hệ số ứng sử của kết cấu tại vị trí xây dựng S, C được cho bởi mối quan hệ sau:

+ S là hệ số của vị trí xây dựng vói giá trị 1,0; 1,2; 1,5 và 2 được định nghĩa nhưsau

1,0 - cho mặt cắt địa chất của đất với cả 2 loại sau:

i) đất có đặc tính cứng như đá được xác định bởi vận tốc sóng cắt lớn hơn

2500 ft/s hoặc những sự xác định phù hợp khác

ii) đất cứng, nặng ở độ sâu bé hơn 200ft

1,2 - cho đất nặng và cứng nơi độ sâu của đất vượt quá 20ft,đất bùn mềm hoặc có độ cứng trung bình nhưng không lớn hơn 40ft, bùn mềm

2,0 - cho đất có mặt cắt địa chất lớn hơn 40ft bùn mềm có đặc tính được xác định bởi vận tốc sóng cắt ít hơn 500ft

+ I - là hệ số quan trọng với 4 thuộc tính của công trình sau: tính chất công trình, sự nguy hiểm của công trình, sự đặc biệt của công trình, và cấp của công

trình Tính chất và sự nguy hiểm của công trình được xem là quan trọng với hệ số 1,25 Trong khi tính chất đặc biệt và cấp của công trình được cho phép bằng 1,0 Tính chất nguy hiểm và đặc biệt của công trinh cần thiết cho sự xác định công trình sẽ được cho trong điều 305 và 306 của tiêu chuẩn UBC

+ T - chu kỳ dao động cơ bản của kết cấu

Lực cắt phân bố dọc theo chiều cao nhà

Công thức tính lực cắt tại móng như trên không chỉ ra được cách mà lực cắt phân bố dọc chiều cao công trình, lực cắt tại móng sẽ được phân bố cho từng tầng của công trình theo công thức sau:

W, h – khối lượng và chuyển vị ngang của tầng x

V – lực cắt tại móng

Ft – lực ngang phụ thêm ở đỉnh nhà

gia tốc lớn nhất tại tầng nào của công trình thì tỉ lệ với chuyển vị phương ngang của các tầng đó

Lực chấn động tác động tại mỗi tầng bằng tích của khối lượng đưa phân bố cho tầng đó với gia tốc theo phương ngang của tầng đó

Lực cắt và mômen của tầng

Lực cắt tại bất kỳ tầng nào là tổng của tất cả lực ngang tại tầng đó và phía trên sàn tầng đó Mômen lật tại bất cứ tầng nào là tổng các mômen do lực cắt chấn động tại mối tầng gây ra phía trên sàn tầng đó Mômen lật và lực cắt được phânbố trên những cấu kiện chống lại tải trọng ngang tỷ lệ với độ cứng của chúng,

thông thường đối với công trình có bản sàn bằng bêtông hoặc kim loại có

bêtông ở trên, thì thừa nhận rằng độ cứng của bản sàn là tuyệt đối

II 2/PHƯƠNG PHÁP PHỔ PHẢN ỨNG.

Đây là một phương pháp dự đoán phản ứng lớn nhất của hệ chịu tác động động đất dựa vào số liệu của các trận động đất xảy ra trước đó

Cách xây dựng phổ phản ứng

Để xây dựng phổ phản ứng của một vùng đất, người ta phải có các số liệu ghi lại được từ các trận động đất xảy ra trong lịch sử động đất của vùng đất đó Cácsố liệu này thường được ghi lại dưới dạng giản đồ của gia tốc theo thời gian gọilà các băng gia tốc Đem các băng gia tốc này lần lượt kích thích lên một chuỗi các hệ một bậc tự do có giảm chấn có chu kỳ dao động tự nhiên khác nhau Vớimỗi hệ đó, ta thu được một giá trị phản ứng cực đại trong suốt quá trình kích thích Tập hợp các giá trị phản ứng cực đại đó lại ta được đường phổ phản ứng của một băng gia tốc Tiến hành tương tự với các băng gia tốc khác và ta cũng thu được các đường phổ phản ứng của mỗi băng Các đường phổ phản ứng này rất gồ ghề, ta phải “mịn hóa” các đường phổ này để có được đường phổ phản

ứng của vùng đất đó Xem hình 2.1

Hình 2.1 cách xây dựng phổ phản ứng.

Thông thường, người ta chỉ đo giá trị cực đại của chuyển vị Vì vậy, chỉ thu được phổ phản ứng chuyển vị “thật” Từ “thật” ở đây để phân biệt với từ “giả” của phổ phản ứng vận tốc “giả” và phổ phản ứng gia tốc “giả” Vì 2 loại phổ này được suy ra từ phổ phản ứng chuyển vị trên cơ sở dao động của hệ một bậc tự do Phương trình dao động có dạng: u u osin t

Giá trị phổ vận tốc được suy từ phổ chuyển vị : S v  S d hay S v 2 S d

Lý thuyết tính toán.

Giá trị chuyển vị cực đại tổng quát của dạng dao động n:

Phổ phản ứng Gia tốc 0

Ứng xử của hệ với chu kỳ T 1

Ứng xử của hệ với chu kỳ T 2

j jn j

j jn j

W W

g – gia tốc trọng trường

Lực tập trung tại mỗi tầng có thể suy ra từ lực cắt tại móng:

j jn j

h W h

Tóm lại: ứng xử lớn nhất của hệ kết cấu nhiều tầng đã được mô hình hóa chịu

tác dụng của chuyển động nền đất bằng phương pháp phổ phản ứng có thể đượcxác định theo các bước sau:

1) Xây dựng phổ phản ứng của nền nếu chưa được xây dựng sẵn

2) Xác định các đặc trưng động lực học của kết cấu

a) Tính toán khối lượng và độ cứng m, k

b) Xác định hệ số giảm chấn ứng với mode n n

3) Giải phương trình K m  2 để xác định tần số giao động tự nhiên n và hàm dạng n Thực chất đây là việc giải bài toán trị riêng của đại số tuyến tính.4) Xác định ứng xử lớn nhất của mỗi mode

a) Xác định Sdn và Sa n từ phổ chuyển vị và phổ gia tốc ứng với chu kỳ Tn và n

b) Tính chuyển vị từng tầng.

c) Tính biến dạng của tầng

d) Tính lực ngang tác dụng tại từng tầng

e) Tính nội lực, lực cắt, mômen bằng phươn pháp tĩnh dựa vào lực ngang từng tầng

5) Tổ hợp ứng xử từ các mode để có được ứng xử thực tế của kết cấu

sử dụng chương trình tính kết cấu Sap2000, Etabs tính công trình chịu tác động của động đất theo phương pháp phổ phản ứng

2.2.3.1 Tải gia tốc

Tải gia tốc được dùng để mô tả chuyển động của đất nền và được dùng để tính tải trọng cho công trình trong phương pháp phổ phản ứng và phương pháp lịch sử – thời gian

Khi định nghĩa tải gia tốc, chương trình sẽ tự động tính toán cho cả 3 phương phụ thuộc vào độ lớn của gia tốc nền

Để có được tải gia tốc theo 3 phương, phải có khối lượng tương ứng theo 3 phương mx , my , mz để tạo ra lực quán tính

Tải trọng này được tính toán cho từng cấu kiện và từng điểm và sau đó được tổ hợp lại trong toàn thể kết cấu Tải trọng gia tốc tác dụng lên một điểm có giá trị ngược chiều với chuyển vị tịnh tiến của khối lượng trong hệ tọa độ địa

phương Nó có thể sẽ thay đổi trong hệ tọa độ tổng thể

Không thể tạo ra tải gia tốc hướng tâm mà chỉ có thể tạo ra tải gia tốc thẳng vì

ta đang dùng hệ tọa độ thẳng vuông góc chứ không dùng hệ tọa độ trụ hoặc hệ tọa độ cầu

Tải gia tốc có thể tạo ra với tất cả các loại phần tử trừ loại phần tử Asolid

Tải gia tốc có thể thay đổi trong mỗi hệ tọa độ Trong hệ tọa độ cố định (hệ tổng thể hoặc hệ thay thế), tải gia tốc được thiết lập theo chiều dương trục x,y,z và chúng luôn theo chiều của UX, UY,UZ

Trong hệ tọa độ địa phương của phương pháp phổ phản ứng phương pháp lịch sử– thời gian, tải gia tốc có chiều dọc theo chiều dương của trục 1,2,3 thuộc U1, U2, U3

2.2.3.2 Hệ tọa độ địa phương của phổ phản ứng

Mỗi phổ phản ứng có một hệ tọa độ địa phương của riêng nó Được dùng để xác định phương của lực do gia tốc nền gây ra Hệ trục tọa độ địa phương này biểu diễn bởi 3 trục 1,2 và 3 Được xác định dựa theo hệ trục tọa độ tổng thể X,Y và Z

Hệ tọa độ địa phương có thể quay quanh trục Z của hệ tọa độ tổng thể Trục địaphương 3 luôn trùng với trục Z tổng thể Trục 1 và 2 địa phương sẽ trùng khớp với trục X,Y tổng thể nếu góc quay “ang” bằng 0 nói cách khác, hệ “ang” được tạo ra bằng cách quay trục 1 từ trục X theo chiều kim đồng hồ khi chiều dương của trục Z đang hường về phía bạn Ta có thể ấn định góc quay của hệ

tọa độ địa phương bằng cách nhập góc quay “Excitation Angle” khi định nghĩa

2

ang csys

Hình 2.2 hệ trục tọa độ địa phương của phổ phản ứng

2.2.3.3 Đường cong phổ phản ứng.

Đường cong phổ theo mỗi phương được thiết lập từ các hàm có sẵn trong Etabs hoặc từ hàm do người thiết kế xây dựng Tất cả các điểm của đường phổ phản ứng đều có hoành độ và tung độ lớn hơn hoặc bằng 0

Ta có thể xác định hệ số khuếch đại (Scale Factor) để khuếch đại tung độ của phổ gia tốc Điều này rất cần thiết khi muốn thay đổi gia tốc nền tại mỗi nơi khác nhau

Nếu dải chu kỳ của phổ phản ứng không được định nghĩa đủ cho dải chu kỳ daođộng các mode của kết cấu, đường phổ phản ứng sẽ tự động được mở rộng cho những chu kỳ chưa được định nghĩa Gia tốc ứng với những chu kỳ đó là hằng sốvà có giá trị bằng với gia tốc tại điểm được định nghĩa gần đó nhất

2.2.3.4 Trình tự khai báo.

Tiếp theo các bước khai báo thông thường cho mô hình kết cấu, cần thực hiện thêm các bước sau để khai báo cho việc tính tác động của động đất lên công trình

Bước 1 khai báo khối lượng riêng trong định nghĩa vật liệu, bằng trọng lượng

riêng chia gia tốc trọng trường

Bê tông: khối lượng riêng, Mass per unit volume :

/g 2.5 / 9.81 0.2548

Ta phải khai báo mục này vì chu kỳ dao động T được tính bằng công thức:

Lưu ý: Khối lượng tham gia tính giao động:

Khối lượng của đà, dầm, cột, sàn, vách cứng sẽ được phần mềm tự tính toán theo định nghĩa vật liệu mà ta đã khai báo

Khối lượng hoàn thiện, khối lượng tường, mái, hệ thống kĩ thuật, đường ống và một phần hoạt tải do người thiết kế tự tính toán theo tiêu chuẩn hiện hành Ta có thể tham khảo tiêu chuẩn tính toán thành phần động của tải trọng gió của Việt Nam

Theo điều 3.2.4 TCXD 229 : 1999

Khi kể đến các khối lượng chất tạm thời trên công trình trong việc tính toán động lực tải trọng gió, cần đưa vào hệ số chiết giảm khối lượng

Bảng 1 – Hệ số chiết giảm khối lượng đối với một số dạng khối lượng chất tạm thời trên công trình

Dạng khối lượng

Hệ số chiết giảm khối lượng

Các vật liệu chất chứa trong kho, si lô, bun ke, bể chứa 1,0

Người, đồ đạc trên

sàn tính tương đương

phân bố đều

thư viện và các nhà chứa hàng,

các công trình dân dụng khác 0,5

Cầu trục và cẩu neo

các vật nặng

Trong phạm vi đề tài này, ta giả sử lấy hệ số chiêt giảm khối lượng là 0,5 đối vói hoạt tải

m = q/g = (tt + 0,5p)/g

Bước 2 gán khối lượng cho kết cấu.

khối lượng tập trung.

a) phân tích phẳng : đối với những dạng nhà chạy dài, đối xứng và những dạng

nhà khác được quy định trong TCXD 375:2006

Khối lượng tập trung sẽ được phân cho các nút: M = m x S

Thông thường, giá trị q = 9÷14 kN/m2 thường chọn q = 10÷11 kN/m2.

Nếu S là diện tích sàn một tầng thì M = m x S là tổng khối lượng của sàn một tầng Ta có thể phân bố đều cho các nút trên một tầng đó hoặc phân bố không

đều phụ thuộc vào sự phân bố thực tế trên sàn, sao cho tổng khối lượng phân bố

cho các nút phải bằng M

Lưu ý sự gán khối lượng cho các nút không đều sẽ là một phần nguyên nhân dẫn đến sự xoắn trong dao động của công trình sau này

Gán khối lượng tập trung M bằng Joint Mass :

Assign/ Joint/Point -> Additional Point Mass…

b) Phân tích 3 chiều

Nhập mô hình 3 chiều có cả sàn và vách cứng

Nhưng không cần chia nhỏ phần tử Shell khi

giải bài toán dao động vì sai số chỉ là 1 % so

với khi có chia nhỏ các phần tử từ Shell trong

khi làm tăng khối lượng tính toán lên nhiều Trừ khi ta muốn xem xét kỹ nội lựctrong kết cấu

Khai báo khối lượng theo các cách sau:

Cách 1: M = (HT hoàn thiện + HT tường + HT)/g

M = (1.1 + 2.5 + 2 = 5.6 kN/m2) / (g = 9,81) = 0.56 kN/m2

Sau đó gán lên Shell bằng Erea Mass.

Assign Shell/ Erea -> Additional Erea Mass…