Nghiên cứu ứng xử ngang của nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết

Nghiên cứu này phân tích sự làm việc của nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết bằng mô hình số. Hiệu quả của gối cách chấn cốt sợi không liên kết này được so sánh với gối cốt sợi liên kết thông thường.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2018 12 (6): 39–48 NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ NGANG CỦA NGUYÊN MẪU GỐI CÁCH CHẤN ĐÀN HỒI CỐT SỢI KHÔNG LIÊN KẾT Ngơ Văn Thuyếta,∗ a Khoa Cơng trình, Đại học Thủy lợi, 175 Tây Sơn, quận Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 29/05/2018, Sửa xong 20/06/2018, Chấp nhận đăng 25/09/2018 Tóm tắt Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết kết nỗ lực đơn giản hóa kỹ thuật sử dụng gối cách chấn cho cơng trình chịu động đất Gối cách chấn khơng liên kết đặt trực tiếp lên phần đài móng phần thân cơng trình mà khơng cần liên kết vật lý Đây loại gối cách chấn đàn hồi tương đối mới, phát triển giới Nghiên cứu phân tích làm việc nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết mô hình số Hiệu gối cách chấn cốt sợi không liên kết so sánh với gối cốt sợi liên kết thơng thường Từ khố: gối cách chấn; nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết; biến dạng cuộn; độ cứng ngang hiệu dụng; chuyển vị ngang vòng lặp STUDY ON HORIZONTAL BEHAVIOR OF PROTOTYPE UN-BONDED FIBER REINFORCED ELASTOMERIC ISOLATOR Abstract Un-bonded fiber reinforced elastomeric isolator (U-FREI) is a result of the effort for the ease of installation of the seismic isolation technology U-FREI is installed directly between the substructure and superstructure without any connection at the interfaces It is relatively new seismic isolator which have been developed in the world In this study, horizontal behavior of a prototype U-FREI is investigated by finite element analysis The effectiveness of horizontal behavior of the U-FREI is compared to corresponding bonded isolator Keywords: base isolator; prototype un-bonded fiber reinforced elastomeric isolator; rollover deformation; effective horizontal stiffness; cyclic horizontal displacement https://doi.org/10.31814/stce.nuce2018-12(6)-05 c 2018 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Giới thiệu Giảm chấn thụ động bốn phương pháp giảm chấn (gồm giảm chấn chủ động, giảm chấn bán chủ động, giảm chấn thụ động giảm chấn dạng lai) sử dụng phổ biến cho cơng trình chịu động đất Trong phương pháp giảm chấn thụ động, nguồn lượng hoạt động thiết bị giảm chấn lấy từ lượng dao động thân cơng trình Gối cách chấn đáy thiết bị phổ biến phương pháp giảm chấn thụ động Gối cách chấn thường nằm phần nối tiếp phần đài móng phần thân cơng trình Khi sử dụng gối cách chấn đáy, lượng động đất tiêu tán nhờ chuyển hóa thành động cơng trình Có điều gối cách chấn có độ cứng theo phương ngang thấp nên chịu chuyển vị lớn trận động đất, đảm bảo độ cứng theo phương đứng để chịu trọng lượng cơng trình ∗ Tác giả Địa e-mail: thuyet.kcct@tlu.edu.vn (Thuyết, N V.) 39 Có loạitrọng gối cách thường dùng gối cách chấn đàn hồi gối cách chấn chịuhai lượngchấn cơng trình trượt, gối cách chấn đàn hồi sử dụng phổ biến Gối cách chấn đàn hồi hai loại gối cách chấn thường dùng gối cách chấn đàn hồi gối cách chấn thơng thườngCóSREI (steel reinforced elastomeric isolator) cấu tạo từ lớp cao su trượt, gối cách chấn đàn hồi sử dụng phổ biến Gối cách chấn đàn hồi mỏng lớp thép xen kẽ, gắn kết với nhau; có hai đế thép dày phần đỉnh thơng thường SREI (steelThuyết, reinforced elastomericCông isolator) cấu tạo từ lớp cao su N.và V /phần Tạp chí Khoa họccông nghệ Xây dựng phần đáy để liêncáckếtlớpvới thânkẽ, gối SREI mỏng phần thép xen gắn kết móng với nhau; vàtrình có haiCác đế thép dày phầnthường đỉnh nặng đắt tiền nên chúng thường sử dụng tòa nhà cao tầng, đắt tiền Có hai loại gối cách chấn thường dùng gối cách chấn đàn hồi gối cách chấn trượt, phần đáy để liên kết với phần thân phần móng cơng trình Các gối SREI thường Gối cách đàntiền hồi cốt sợi liên kếtbiến B-FREI (bonded reinforced elastomeric gối chấn cách đàn hồi sử dụng phổ cáchtrong chấn fiber đàn thông SREIđắt (steel nặng chấn đắt nên chúng thường sửGối dụng hồi tòa nhà thường cao tầng, tiền reinforced elastomeric isolator) cấu tạo từ lớp cao su mỏng lớp thép xen kẽ, gắn kết isolator) cải tiến gối cách chấn đàn hồi thông thường SREI, lớp Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết B-FREI (bonded fiber reinforced elastomeric với nhau; có hai đế thép dày phần đỉnh phần đáy để liên kết với phần thân phần móng cơng thépisolator) gối đãtiến thường sợi carbon Đểcác giảm SREI cải củathay gối cách chấncác đànlớp hồi sợi, thông thườnglàSREI, lớp trình Các gối SREI thường nặng đắt tiền nên chúng thường sử dụng tòa nhà trọng lượng, thành đơn gối cách chấn đàn Để hồigiảm cốt lácao thép gối giá SREI thay giản cáclắp lớpdựng, sợi, thường sợi carbon tầng, đắt tiền Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết B-FREI (bonded fiber reinforced elastomeric lượng, giá đơn giản lắp SREI, dựng,trong gối cách chấn cốt sợi không liênlàtrọng kết (un-bonded fiber reinforced elastomeric isolator) hồi isolator) U-FREI cải tiến gốithành cách chấn đàn hồi thông thường lớp đàn thép sợi không liên kết U-FREI (un-bonded fiber reinforced elastomeric isolator) phát triển So với gối thay liênthế kếtbằng B-FREI, gốithường khơng liên kết U-FREI cónữa cấutrọng tạolượng, tương gối SREI lớp sợi, sợi carbon Để giảm giátự phát triển So với gối liên kết B-FREI, gối khơng liên kết U-FREI có cấu tạo tương thành đơn giản lắp dựng, chấn đàn hồi cốt sợi loại khôngbỏ liênKhác kết U-FREI (un-bonded hai đếvàthép dàytrong phần đáy gối cách phần đỉnh với gối liên kếttự hai đế thép dày isolator) phần đáy phần đỉnh với loại bỏ.B-FREI, Khác với gốivàliên fiber elastomeric pháttrực triển.tiếp So liên phần kết gối không liênkết B-FREI, gốireinforced khơng liên kết U-FREI đặt lêngốitrên đài móng kết U-FREI có cấu tạo tương tự hai đế thép dày phần đáy phần đỉnh loại bỏ Khác B-FREI, khơng liên kếtcó U-FREI phần đài móng việc phần thân cơnggối trình mà không bất cứđược liên đặt kết trực tiếp giữalên chúng So sánh làm với gối liên công kết B-FREI, gối không liên kết U-FREI đặtnào trựcgiữa tiếp lên phần đài móng phần thân trình mà khơng có liên kết chúng So sánh làm việc gối phần liênthân kếtcông B-FREI vàkhơng gối có khơng liên kếtnàoU-FREI miêu tả Hình 1.kết Từ trình mà liên kết chúng So sánh làm việc gối liên gối liên kết B-FREI gối không liên kết U-FREI miêu tả Hình Từ Hình thấy: liên quákếttrình làmđược việc, gốitả liên kết B-FREI giữ chặt với phần B-FREI gối khơng U-FREI miêu Hình Từ Hình thấy: q Hình thấy: q trình làm việc, gối liên kết B-FREI ln giữ chặt với phần đài móng vàlàm phần thân móng kết bulơng 1a), ngược lại,liên trình gối liên kết B-FREI lnliên giữ chặt móng (Hình phần thân móng đài móngviệc, phần thân móng liên với kếtphần bằngđàicác bulơng (Hình 1a), ngược lại, kết bulơng (Hình 1(a)), ngược lại, lớp cao su ngồi gối khơng liên kết U-FREI lớp caolớp sucao ngồi cùng gốiởkhơng liên liên kết U-FREI có có mộtmột phần tách su ngồi gối khơng kết U-FREI phần táchrời rời(khơng (khơngliên liên có phần táchvà rờiphần (khơng liên kết) vớitrình phần móng và1b) phần Hiện thân cơng trìnhbiến (Hìnhdạng 1(b)) khơng Hiện tượng kết) vớikết) phần móng thân cơng (Hình tượng liên móng vànày phần cơng trình 1b).dạng Hiện tượng biến dạng không liên biếnvới dạngphần không liên kết củathân gối U-FREI (Hình gọi biến cuộn kết nàykết củanày gốicủa U-FREI gọi làgọi biến dạng cuộn gối U-FREI biến dạng cuộn (a) Gối liên kết B-FREI (b) Gối không liên kết U-FREI Biến dạng loạiloại gối chấn khác chịu chuyển ngang: Hình Biến dạng gối gốicách cách khác chịu chuyển vị ngangvịvịngang: Hình 1.Hình Biến1.dạng loại cách chấnchấn khác chịu chuyển (a) Gối liên kết B-FREI; (b) Gối không liên kết U-FREI Gối khơng U-FREI có nhiều ưu(b) điểm hơnkhơng so với gối liênkết kết B-FREI thông thường Trọng (a) liên Gốikếtliên kết B-FREI; Gối liên U-FREI lượng giá thành gối không liên kết U-FREI giảm đáng kể so với gối liên kết B-FREI Gối không liên kết U-FREI có nhiều liên ưu kết điểm hơnđơn sogiản vớitrong gối thi liên kếtlắpB-FREI loại bỏ hailiên phần kết đế thép dày Hơncó nữa,nhiều gối khơng U-FREI cơng dựng Gối không U-FREI ưu điểm so với gối liên kết B-FREI thơng thường Trọng Ngồi lượngra,vàgối giá thành gối không liênsảnkết U-FREI giảm đáng so với gối B-FREI khơng liên kết U-FREI xuất thành lớn thông thường Trọng lượng giá thành gối không liên kết U-FREI giảm đáng kể so với gối liên kết B-FREI loại bỏ hai phần đế thép dày Hơn nữa, gối không nhà máy, sau cắt nhỏ theo u cầu kích thước nhà thiết kế, gối liên kết B-FREI kể so với gối liên kết B-FREI loại bỏ hai phần đế thép dày nữa,Ngồi gối khơng liên kếtthể U-FREI thi công dựng so gối Hơn B-FREI ra, gối có sản xuấtđơn theo giản đơn vị sản phẩm lắp Những ưu điểm nàyvới nêu [1] Từ liên kếtkhông U-FREI đơn giản thi công lắp dựng so với gối B-FREI Ngoài ra, gối U-FREI sản xuất lớncách sau thường cắtsử nhỏ ưu điểmliên đó, kết gối khơng liêncó kếtthể U-FREI thành kì vọngmột thay gối chấnnhà đànmáy, hồi thông không liên kết U-FREI sản xuất thành lớn nhà máy, sau cắt nhỏ dụng cho cơng trình trung thấp tầng nước phát triển Việt Nam Nghiên cứu ứng xử theo phương ngang gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết U-FREI mơ hình số Ứng xử ngang gối không liên thực thí nghiệm phân tích thước nhỏ điều tra phòng thí nghiệm kết U-FREI hình khối hộp với mẫu có kích [1] Ứng xử ngang gối khơng liên kết U-FREI hình khối hộp theo phương khác chuyển vị ngang nghiên cứu phương pháp Phần Tử Hữu Hạn (PTHH) sử dụng phần mềm MSC.Marc [2] Ở Việt Nam, Thuyết [3] nghiên cứu ứng xử ngang nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết B-FREI Tuy nhiên, có nghiên cứu phân tích làm việc gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết U-FREI, đặc biệt gối có kích thước ngun hình 40 Thuyết, N V / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Theo [4], gối cách chấn nguyên mẫu gối có hệ số hình dạng (S) nằm khoảng từ 10 đến 20 Hệ số hình dạng (S) định nghĩa tỷ số diện tích mặt cắt ngang gối với tổng diện tích xung quanh mặt bên lớp cao su gối Một vài nghiên cứu nguyên mẫu gối cách chấn không liên kết U-FREI ảnh hưởng phương chuyển vị ngang đến ứng xử nguyên mẫu gối U-FREI hình khối hộp ảnh hưởng mô-đun cắt đến làm việc nguyên mẫu gối U-FREI thực [5, 6] Tuy vậy, có nghiên cứu so sánh ứng xử ngang gối đàn hồi không liên kết U-FREI với gối đàn hồi liên kết B-FREI có kích thước, lớp cấu tạo vật liệu để thấy hiệu cách chấn gối U-FREI so với gối B-FREI Nghiên cứu trình bày ứng xử ngang theo phương nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi khơng liên kết U-FREI hình khối hộp (có hệ số hình dạng S = 15,5) phân tích mơ hình số Ứng xử ngang gối không liên kết U-FREI so sánh với ứng xử gối liên kết thông thường B-FREI Kết so sánh gối cách chấn không liên kết U-FREI thay gối cách chấn liên kết B-FREI để sử dụng cho cơng trình trung thấp tầng Cấu tạo chi tiết nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi Nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi hình khối hộp có cạnh 310 mm Kích thước gối thiết kế để sử dụng vào cơng trình thực tế Ấn Độ Cấu tạo gối đề cập [7] gồm có 18 lớp cao su, lớp dày mm, 17 lớp sợi carbon, lớp dày 0,55 mm Các lớp cao su lớp sợi carbon hai hướng vng góc (0◦ /90◦ ) nằm xen kẽ, gắn kết với Mặt cắt dọc theo phương đứng kích thước gối cách chấn miêu tả Hình Hệ số hình dạng (S ) gối 15,5, lớn nhiều so với hệ số hình dạng gối nghiên cứu trước Các thông số chi tiết Journal of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018 12(6):1-11 kích thước vật liệu gối cách chấn cho Bảng Journal of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018 12(6):1-11 (a) Cấu tạo lớp cao su sợi carbon (b) Kích thước gối (đơn vị: mm) Hình Cấu tạo tạo chi cách chấn hồisợi cốt hồi sợi: cốt sợi: Hình Cấu tiếtgối gối đànđàn hồi cốt Hình 2.2.Cấu tạochitiết chi tiếtcách gốichấn cách chấn đàn (a) cáccác lớplớp caocao su (b) Kích gối (đơngối vị: (đơn mm) vị: mm) (a)Cấu Cấutạotạo susợi vàcarbon; sợi carbon; (b)thước Kích thước Mơ hình gốitiết cách chấn tải Bảng Chi thơng sốtrọng kích thước vật liệu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi Bảng Chi tiết thơng số kích thước vật liệu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi Cả hai loại gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết B-FREI không liên kết U-FREI với kích thước Thơng số Đơn vị Giá trị lớp cấu tạo (như nói trên) điều tra ứng xử ngang phương pháp PTHH sử Thông số Đơn vị Giá trị dụng phần mềm kết cấu tích mơ hình số ứng xử gối Kích thước gốiANSYS v.14.0 Độ phù hợp kết phân (mm) 310x310x100 cáchKích cách chấn đàncủa hồi cốt thực nghiệm thước gốisợi phần mềm ANSYS kiểm chứng (mm) 310x310x100 lớp cao su, ne 18 cácSố nghiên cứu [8–10] Số lớp cao su, n dày loại mộtphần lớp etử cao su, te 3.1.Chiều Lựa chọn Chiều dàydày mộtlớplớp Tổng chiều caocao su,su, tr te Tổng chiều dày nlớp cao su, tr Số lớp sợi carbon, f Chiều dày lớpnfsợi carbon, tf Số lớp sợi carbon, (mm) 5,0 18 (mm) (mm) 90 5,0 (mm) 17 90 0,55 17 41 (mm) Thuyết, N V / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Chi tiết thơng số kích thước vật liệu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi Thông số Đơn vị Giá trị Kích thước gối (mm) 310 × 310 × 100 Số lớp cao su, ne 18 Chiều dày lớp cao su, te (mm) 5,0 Tổng chiều dày lớp cao su, tr (mm) 90 Journal of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018 12(6) Số lớp sợi carbon, n f 17 Chiều dày lớp sợi carbon, Trongt f mơ hình gối khơng(mm) liên kết U-FREI, 0,55 phần tử tiếp xúc mặ Hệ số hình dạng, S sử dụng Phần tử tiếp xúc CONTA173 dùng 15,5để định nghĩa cho cá Mô-đun cắt cao sucao theosuphương G phần tử tiếp (MPa) ngoàingang, xúc TARGE1700,90 dùng để định ngh Mô-đun đàn hồi gối theo phương ngang, E (GPa) 40 hai đế thép vị trí tiếp xúc với gối cách chấn Đối với gối liên kết BHệ số poisson gối, µ 0,20 tương tự gối không liên kết U-FREI phần tử tiếp xúc đượ ảnh gối cách chấn chia phần tử thể Hình Cao su gối cách chấn có biến dạng lớn q trình làm việc Ở đây, cao su mơ hình phần tử khối SOLID185 với nút Sợi carbon hai hướng vuông góc (0◦ 90◦ ) lớp mơ hình phần tử khối nhiều lớp SOLID46 Hai đế thép mơ hình đáy đỉnh gối, để mơ cho phần đài móng phần thân cơng trình, mơ hình phần tử SOLID185 Trong mơ hình gối khơng liên kết U-FREI, phần tử tiếp xúc mặt-tới-mặt sử dụng Phần tử tiếp xúc CONTA173 dùng để định nghĩa cho mặt lớp cao su phần tử tiếp xúc TARGE170 dùng để định nghĩa cho mặt hai đế thép vị trí tiếp xúc với gối cách chấn Đối với gối liên kết B-FREI, Hình mơ hình Mơ Hình hình3.gối chấn sợisợi(đã Mơcách hình gối cáchđàn chấnhồi đàn cốt hồi cốt (đãchia phần tương tự gối không liên kết U-FREI chia phần tử) phần tử tiếp xúc loại bỏ Hình ảnh gối cách 3.2.hiện Mơnhư hình vật3.liệu chấn chia phần tử thể Hình Các thơng số vật liệu cho Bảng sử dụng để mơ hình Cao su gối cách chấn có ứng xử phi tuyến chịu chuyển vị lớn V Các thông số vật liệu cho Bảng sử dụng để mơ hình ANSYS Cao su hình mơ hình vậtVìliệu đànmơ hồihình mơ hình vậtvậtliệu đàn nh gối cách chấn có ứng xử phimơ tuyến khibằng chịu chuyển vị lớn thế,siêu mơ hình cứuvật[11,12] thấy dụngcứu mơ[11, hình liệu siêu đàn hồi mơ hình liệu đàncho nhớt Cácsử nghiên 12]Ogden cho thấy3-terms sử dụng mơmơ hìnhhình ứng x để mơ hình cho vật liệu cao su gối cách chấn tương đối phù hợp Ogden 3-terms mơ hình ứng xử cắt đàn nhớt để mơ hình cho vật liệu cao su gối cách chấn này,cứu cao mơmơhình mơhình hình Ogden 3-terms m tương đối phù hợp Trongcứu nghiên này,sucao su hìnhbằng mơ Ogden 3-terms với số cácnhư thông số như(3-terms): sau: mô hình ứng xử cắt đàn cắt nhớtđàn với nhớt thụng sau: Ogden à1 = 1,89 ì 106 (N/m2 ); 3.2 Mơ hình vật liệu µ2 = 3600 (N/m2 ); µ3 = −30000 (N/m2 ); α1 = 1,3; α2 = 5; α3 = −2 Mơ hình ứng xử cắt đàn nhớt: Ogden (3-terms): μ1 = 1,89 x 106 (N/m2); μ2 = 3600 (N/m2); μ3 = -30 a1 = 0, 3333; t1 = 0, 04; a2 = 0, 3333; t2 = 100; α1 = 1,3 ; α2 = ; α3 = -2 ; Mơ hình ứng 42 xử cắt đàn nhớt: a1 = 0,3333; t1 = 0,04; a2 = 0,3333; t2 3.3 Tải trọng Để mơ q trình làm việc gối cách chấn chịu động đấ Journaland of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018 12(6):1-11 Journal of Science Technology in Civil Engineering NUCE 2018 12(6):1-11 Thuyết, N V / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng vòng lặp miêuHình tả Hình Phần thépdưới phíađược giữ đượccốgiữ cố ng vòngngang lặp Tải tả Phần chân đếchân thépđế phía 3.3 trọngmiêu định h Để mơ q trình làm việc gối cách chấn chịu động đất, tải trọng thẳng đứng chuyển vị ngang vòng lặp gán đồng thời vào phần đế thép phía gối liên kết B-FREI gối không liên kết U-FREI Tải trọng thẳng đứng tác dụng vào gối lấy theo lực dọc lớn chân cột cơng trìnhJournal giữ giá trị không đổi 540 kN Chuyển vị ngang theo phương X dạng of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018 12(6):1-11 hình sin có giá trị độ lớn tăng dần từ 20 mm tới 90 mm, hai vòng lặp cho giá trị độ lớn chuyển lặplặp miêu tả Hình Phần chânchân đế thép cố giữ cố định vị Chuyển vịngang ngangvòng vòng miêu tả Hình Phần đế phía thép phíađược giữ định Hình 4.vịChuyển ngang cách chấn Hình Chuyển ngang vị gán vào gán gối vào cáchgối chấn Hình Chuyển vị ngang gán vào gối cách chấn Hình Chuyển vị ngang gán vào gối cách chấn kết Phân tích kết vàquảbình luận hân tích bình luận Phân tích kết bình luận 4.1 Biến dạng gối cách chấn 4.1 Biếngối dạng gốibình cách chấn Biến dạng cách Phân tích kết quảchấn luận Biến dạng loại gối cách chấn liên kết B-FREI không liên kết U-FREI 4.1 Biến gối cách chấn độ lớn 90gối mm chuyển vịcách ngang Hình Kết khơng cho Biến dạng củadạng loại chấn liênđược kếtthểliên B-FREI 5.không liênthấy: kếtliên U-FREI Biến dạng cáccách loại gối chấn kết B-FREI kết U-FREI gối cách chấn chịu chuyển vị ngang, mặt lớp cao su gối liên dạng cáccủa loại cách chấn liên kết không liên kết U-FREI độ lớn 90thấy: mm độ lớn 90 chuyển vịgối ngang thểB-FREI Hình Kết cho mm độBiến lớn 90 mm chuyển vị thể Hình Kết cho thấy: kết B-FREI giữ tiếp xúc vớingang mặt đế thép, đó, các5 mặt lớp cao su gối khơng liên kết U-FREI có phần khơng tiếp xúc với mặt chuyển vị ngang thể Hình Kết cho thấy: gối cách chấn chịu chuyển vịgối liên gối cáchkhi chấn ngang,vịcác mặt lớp cao lớp su gốicủa liên gối chịu cách chuyển chấn chịuvịchuyển ngang, mặt cao sucùng ngoàicủa đế thép để sinh biến dạng cuộn ngang,giữ mặt lớp với su củađế gốithép, liên kếttrong lnđó, giữ tiếp xúc vớicủa mặt B-FREIkết tiếp xúc mặt mặtcác lớp cao B-FREI giữcao tiếp xúc với mặt đếB-FREI thép,khi đó, mặt lớp cao đế thép, đó, mặt lớp cao su ngồi gối khơng liên kết U-FREI có phần gồi củatiếp gối khơng liêncủakết U-FREI có phần khơng xúc với cácvớimặt sukhơng ngồi liênđểkết cócuộn phần tiếp khơng tiếp xúc mặt xúc với cácgối mặt không đế thép sinh U-FREI biến dạng đế thépcủa để sinh biến dạng cuộn đế thép để sinh biến dạng cuộn Hình Biến dạng loại gối cách chấn độ lớn 90 mm chuyển vị ngang: (a) Gối liên kết B-FREI; (b) Gối không liên kết U-FREI 4.2 Vòng lặp trễ gối cách chấn ình Ứngliên xửkết ngang phi tuyến gối cách chấn qualiên vòng trễ (a) Gối B-FREI (b)thể Gốihiện khơng kết lặp U-FREI Các vòng lặp trễ trình bày mối quan hệ lực cắt ngang chuyển vị ngang vòng lặp Lực cắt ngang gối cách cách chấn tính độ tổng của90 tất lực cắtchuyển theo phươngvị ngang: Biến dạng loại Hìnhcác Biến dạnggối loạichấn gối cách chấn tạilớn độtại lớnđộ 90 mm mm chuyển vị ngang Hình Biến cách mm vị ngang: ngangdạng tấtcủa cáccác nút ởloại phầngối đế thép phía chấn đỉnh gối Kếtlớn 90 so sánh vòng lặp chuyển trễ gối liên kết B-FREI không liên kết U-FREI thể Hình (a) Gối liên (b) Gối không kết liên U-FREI (a)kết GốiB-FREI; liên kết B-FREI; (b) Gốiliên khơng kết U-FREI 4.2 Vòng lặp trễ gối cách chấn Ứng xử ngang phi tuyến gối cách chấn6 thể qua vòng lặp trễ Các vòng lặp trễ Vòng lặp gốitrễ cách 4.2.trễ Vòng lặp củachấn gốicủa cách chấn trình bày mối quan hệ lực cắt ngang chuyển vị ngang vòng lặp Lực cắt ngang gối cách Ứng xử ngang tuyến phi củatuyến gối chấn hiệnthểqua vòng Ứng phi xử ngang cách 43 gối cách chấnthể qua lặp vòngtrễ lặp trễ vòng lặp trễ trình bày mối quan hệ lực cắt ngang chuyển vị ngang vòng lặp Các vòng lặp trễ trình bày mối quan hệ lực cắt ngang chuyển vị ngang vòng lặp cắt ngang gối cách tínhđược tổng tất cắtlực theo Lực cắt ngang chấn gối cách chấn tính tổng củacác tất lực cắtphương theo phương ng ngang tất nút phần đế thép phía đỉnh gối Kết so sánh vòng trễlặp trễ tất nút phần đế thép phía đỉnh gối Kết so sánhlặp vòng Thuyết, N V / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng chấn tính tổng tất lực cắt theo phương ngang tất nút phần đế thép phía đỉnh gối Kết so sánh vòng lặp trễ gối liên kết B-FREI khơng liên kết U-FREI thể HìnhJournal of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018 12(6):1-11 Journal of Science and Technology in Civil Engineering NUCE 2018 12(6):1-11 Hình So sánh vòng lặp trễ gối cách chấn đàn hồi cốt sợi Hình So sánh vòng lặp trễ gối cách chấn đàn hồi cốt sợi Hình So sánh vòng lặp trễ gối cách chấn đàn hồi cốt sợi 4.3.hệQuan cắt ngang chuyển vị ngang 4.3 Quan giữahệ lựcgiữa cắt lực ngang chuyển vị ngang 4.3 Quan hệ lực cắt ngang chuyển vị ngang So sánh mối lựchệcắt ngang độ lớn chuyển vị chuyển ngang loại So quan sánh hệ mốigiữa quan lực cắt ngang độ lớn vị ngang củagối cáccách loạichấn liên gối cách chấn liên kết B-FREI không liên kết U-FREI thể Hình kết B-FREI vàSo khơng U-FREI đượclực thể cắt hiệnngang Hình Cácchuyển giá trị lực trongcủa Hình sánhliên mốikếtquan hệ độ7.lớn vị cắt ngang các7 lấy loại Các giá trị lực cắt Hình lấy giá trị lớn nhỏ vòng lặp trễ tương giá trị lớn nhỏ vòng lặp trễ tương ứng với độ lớn chuyển vị ngang gối cách chấn liên kết B-FREI không liên kết U-FREI thể Hình ứng với độ lớn chuyển vị ngang Các giá trị lực cắt Hình lấy giá trị lớn nhỏ vòng lặp trễ tương ứng với độ lớn chuyển vị ngang Hình vị ngang ngang củacác cácgối gốicách cáchchấn chấn Hình7.7.SoSosánh sánhquan quanhệ hệgiữa giữalực lựccắt cắt ngang ngang và chuyển chuyển vị Từ kết Hình cho thấy chuyển vị ngang nhỏ (≤ 20 mm), ứng xử Từ kết quảcác cho thấy ởvàcác chuyển nhỏlà(≤ 20 mm), ứngCó xửđược trongđiều gối liên gốiHình liên kết B-FREI không liên vị kếtngang U-FREI tương tự kết B-FREI không liên kết U-FREI tương tự Có điều gối khơng liênchấn kết doSo gốisánh không liên hệ kếtgiữa U-FREI dạng tự gối liên kếtcủa B-FREI Hìnhlà quan lực có cắtbiến ngang vàtương chuyển vị ngang gối cách U-FREI giá có biến dạng tự gối liên kếttức B-FREI trị nhỏ chuyển ngang, tức chưa trị nhỏ củatương chuyển vị ngang, chưa xuấtgiáhiện biếncủa dạng cuộn vịKhi độ lớn vịkết ngang lênđộ (>lớn 20 chuyển mm), gối liên B-FREI giữ(≤ tương đối xuất hiệnchuyển biếnTừ dạng cuộn Khi vị xử ngang tăng lênkết (>vị 20 mm), ứng xử củamm), gối liên quảtăng Hình choứng thấy ởcủa chuyển ngang nhỏ 20 ứngkết xử tuyếngiữ tính, ứng xử gối khơng liên kết U-FREI trở nên phi tuyến nhờ có B-FREItrong tương đối tuyến tính, ứng xử gối không liên kết U-FREI trở nên phi gối liên kết B-FREI không liên kết U-FREI tương tự Có điều biến dạng cuộn Đặc biệt độ lớn 90 mm chuyển vị ngang, lực cắt ngang gối tuyến nhờ cólàbiến dạngkhơng cuộn liên Đặc kết biệt U-FREI độ lớncó 90biến mm lực kết cắt ngang củaởgối gối dạngchuyển tươngvịtựngang, gối liên B-FREI liên kết B-FREI cao lực cắt ngang gối không liên kết 34,6% Độ dốc liên kếtgiá B-FREI cao lực cắt ngang gối không liên kết 34,6% Độ dốc đường quan trị nhỏ chuyển vị ngang, tức chưa xuất biến dạng cuộn Khi độ lớn hệ lực cắt chuyển vị ngang độ cứnggối cátliên tuyến gối cách chuyển vị ngang tăng lên (>Hình 20 mm), ứnglàxử kếtcủa B-FREI vẫnchấn giữ Như tươngvậy, đối 7không liên kết U-FREI trở nên phi tuyến nhờ có tuyến tính, ứng xử gối44 biến dạng cuộn Đặc biệt độ lớn 90 mm chuyển vị ngang, lực cắt ngang gối liên kết B-FREI cao lực cắt ngang gối không liên kết 34,6% Độ dốc Thuyết, N V / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng chuyển vị ngang lớn, độ cứng ngang gối không liên kết U-FREI nhỏ đáng kể so với giá trị tương ứng gối liên kết B-FREI Điều làm tăng hiệu cách chấn cho cơng trình sử dụng gối không liên kết U-FREI Đặc trưng học Hai thông số quan trọng gối cách chấn độ cứng ngang hiệu dụng hệ số cản nhớt h Theo [13], độ cứng ngang hiệu dụng, Keff , gối cách chấn độ lớn chuyển vị ngang tính theo cơng thức sau: Fmax − Fmin h Keff (1) = umax − umin Fmax , Fmin giá trị lớn nhất, nhỏ lực cắt ngang; umax , umin giá trị lớn nhỏ chuyển vị ngang Hệ số cản nhớt, β, tính thơng qua lượng tiêu tán chu kì chuyển vị, Wd Năng lượng tiêu tán chu kỳ chuyển vị tính diện tích vòng lặp trễ Hình Hệ số cản nhớt tính cơng thức sau: β= Wd h ∆2 2πKeff max (2) đó, ∆max = (|umax | + |umin |) /2 Độ cứng ngang hiệu dụng hệ số cản nhớt gối liên kết B-FREI không liên kết U-FREI độ lớn khác chuyển vị ngang tính tốn theo cơng thức (1) (2) cho kết Bảng Các giá trị cho bảng giá trị trung bình cho độ lớn chuyển vị ngang Bảng So sánh đặc tưng học gối liên kết B-FREI gối không liên kết U-FREI Gối liên kết B-FREI Độ lớn chuyển vị (mm) 20,0 40,0 90,0 Gối không liên kết U-FREI h Keff (kN/m) β (%) h Keff (kN/m) β (%) 829,81 760,60 646,09 6,80 7,77 10,31 814,23 586,30 480,09 6,86 10,35 12,57 Kết Bảng cho thấy: độ cứng ngang hiệu dụng gối liên kết B-FREI gối không liên kết U-FREI giảm độ lớn chuyển vị ngang tăng lên Trong đó, độ giảm độ cứng ngang gối không liên kết U-FREI nhanh giá trị tương ứng gối liên kết B-FREI Đặc biệt, độ giảm độ cứng gối U-FREI tính 41,0% gối B-FREI 22,1% độ lớn chuyển vị tăng từ 20 mm tới 90 mm Tại độ lớn chuyển vị ngang 90 mm, độ cứng ngang hiệu dụng gối liên kết B-FREI cao giá trị tương ứng gối không liên kết U-FREI 34,6% Ở độ lớn chuyển vị ngang, độ cứng ngang hiệu dụng gối không liên kết U-FREI thấp giá trị tương ứng gối liên kết B-FREI giúp làm tăng hiệu cách chấn gối không liên kết U-FREI so với gối liên kết B-FREI Như biết, độ cứng ngang hiệu dụng gối cách chấn thấp có hiệu quả, phải đảm bảo độ cứng theo phương đứng độ ổn định Ngoài ra, hệ số cản nhớt hai gối tăng chuyển vị ngang tăng lên, tăng lên gối không liên kết U-FREI nhanh gối liên kết B-FREI 45 cứng độ ổn định ra,hiệu hệ sốquả, cảnnhưng nhớt hai đảm gối dụng theo phương gối cáchđứng chấnvà thấp Ngồi có vẫncảphải bảotăng độ chuyển vị ngang tăng tăngra, lênhệnày nhớt gối không kếtđều U-FREI cứng theo phương đứng vàlên, độ ổn định.sự Ngoài số cản liên hai gối tăng nhanh gối kếttăng B-FREI chuyển vị liên ngang lên, tăng lên gối không liên kết U-FREI nhanh gối liên kết B-FREI Thuyết, N V / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 4.5 Ứng suất lớp cao su gối cách chấn 5.1.Ứng Ứngsuất suất trong caocao su gối cách 4.5 cáclớplớp su gối chấn cách chấn Gối cách chấn chịu chuyển vị ngang theo X phương Quy ước cáchệphương Gối cách chấn chịu chuyển vị ngang theo phương Quy ướcX.các phương quy chiếu địahệ Gối1,địa cách chấn chịu vị ngang phươngtổng X Quy ướcY,các quy chiếu 1,với 2,chuyển song song thể X, Z phương hệ phương 2, 3phương song song phương tổngvới thểtheo X, Y,phương Z quy chiếu địa phương 1, 2, song song với phương tổng thể X, Y, Z Ứng S 33S33 các lớp cao cáchgối chấncách đàn hồi liênđàn kết B-FREI không liên kếtvà Ứngsuất suất lớpsucao sugối chấn hồi liênvàkết B-FREI U-FREI chuyển vị ngang có độ lớn 90 mm thể Hình Để quan sát dễ S33 trongtạicác lớp cao cáccógối chấn 90 đànmm hồi liên kết khơng Ứng liên suất kết U-FREI chuyển vị su ngang độcách lớn thểB-FREI hiệndàng, kết nửa gối cách chấn thể không liên kết U-FREI chuyển vị ngang có độ lớn 90 mm thể Hình Để quan sát dễ dàng, kết nửa gối cách chấn thể Hình Để quan sát dễ dàng, kết nửa gối cách chấn thể (a)kết B-FREI (a) Gối liên (b) (b) Gối không liên kết U-FREI Hình Ứng suất S33 (N/m22) lớp cao su mặt cắt qua gối cách chấn Hình Ứng suất90S33mm (N/m ) chuyển lớp cao(giá su ởtrịmặt cắt đithể qua gốikéo) cách chấn lớn ngang dương chịu Hình 8.độ Ứng suất S 33 (N/m ) lớpvịcao su mặt cắt qua gối cách chấn độ lớn 90 mm độ lớn 90 mmcủa củachuyển chuyển vị ngang (giá trị dương thể chịu kéo) vị ngang (giá trị dương thể chịu kéo) (a) Gối liên kết B-FREI; (b) Gối không liên kết U-FREI (a) Gối liên kết B-FREI; (b) Gối không liên kết U-FREI Trong trường hợp gối liên kết B-FREI, ứng suất nén gối nằm phần lõi, xuyên suốt từ đáy Trong hợpnối gốichồng liêngiữa kết đáy B-FREI, suất nén gối nằm phần lõi, lên đỉnh gối,trường vùng đỉnh ứng gối; mômen gâytrong cân gốiởởđược Trong trường hợp gốigối, liêntrong kết vùng B-FREI, ứng suất nén gốibằng nằm phầnhình lõi, xuyên suốt từ đáy lên đỉnh nối chồng đáy đỉnh gối; mômen gây thành bới ứng suất kéo nằm vùng nối chồng Trong đó, với gối khơng liên kết U-FREI, xuyên suốt từ đáy lên đỉnh gối, trongbới vùng nối chồng đáy đỉnh gối; mômen gây gối nằm hình thành suất kéo ngồi vùng ứngcân suấtbằng nén vùng nối chồng ứng đáy đỉnhnằm gối, giá trịnối nhỏchồng so với cân gối hình thành bới ứng suấtvàkéo nằm ngồicóvùng nối chồng gối liên kết B-FREI Chú ý gối U-FREI chịu chuyển vị ngang, lớp cao su vùng nối chồng tách rời so với bề mặt đài móng phần thân cơng trình (có biến dạng cuộn) Điều làm giảm yêu cầu phức tạp, tốn liên kết lớp cao su ngồi với đế thép gối thơng thường B-FREI Các gối U-FREI chịu biến dạng mà không bị hư hỏng chịu chuyển vị ngang trận động đất Ứng suất kéo lớp cao su gối U-FREI phát triển vùng có biến dạng cuộn có giá trị nhỏ gối B-FREI Ở gối U-FREI, nhờ có biến dạng cuộn, ứng suất kéo lớp cao su vùng có biến 46 Thuyết, N V / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng dạng cuộn khơng truyền trực tiếp vào phần đài móng phần thân cơng trình gối B-FREI Mơ men gây cân gối U-FREI chế ngự cặp ngẫu lực theo phương đứng phần đáy đỉnh gối Điều tương đối phù hợp với nhận xét có nghiên cứu [14] Kết luận Nghiên cứu trình bày so sánh ứng xử ngang theo phương nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi khơng liên kết U-FREI hình khối hộp so với gối cách chấn liên kết thông thường B-FREI Các gối cách chấn có cấu tạo kích thước nhau, khác điều kiện liên kết biên với phần đài móng phần thân cơng trình Ứng xử ngang gối chịu đồng thời tải trọng thẳng đứng chuyển vị ngang vòng lặp điều tra phân tích mơ hình số Các kết luận rút từ nghiên cứu sau: - Độ cứng ngang hiệu dụng gối không liên kết U-FREI giảm hệ số cản nhớt tăng lên độ lớn chuyển vị ngang tăng lên nhờ biến dạng cuộn - Độ cứng ngang hiệu dụng gối không liên kết U-FREI nhỏ đáng kể so với giá trị tương ứng gối liên kết B-FREI chuyển vị ngang lớn Do đó, hiệu cách chấn gối không liên kết U-FREI tốt so với gối liên kết B-FREI - So sánh ứng suất hai loại gối cách chấn cho thấy giá trị tuyệt đối ứng suất nén kéo lớp cao su gối không liên kết U-FREI thấp giá trị tương ứng gối liên kết B-FREI Ứng suất kéo lớp cao su gối U-FREI (ở vùng có biến dạng cuộn) khơng truyền trực tiếp vào phần đài móng phần thân cơng trình gối B-FREI Tài liệu tham khảo [1] Toopchi-Nezhad, H., Tait, M J., Drysdale, R G (2008) Lateral response evaluation of fiber-reinforced neoprene seismic isolators utilized in an unbonded application Journal of Structural Engineering, 134 (10):1627–1637 [2] Osgooei, P M., Tait, M J., Konstantinidis, D (2014) Finite element analysis of unbonded square fiberreinforced elastomeric isolators (FREIs) under lateral loading in different directions Composite Structures, 113:164–173 [3] Thuyết, N V (2017) Phân tích ứng xử ngang nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi FREI Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học Cán trẻ lần thứ XIV, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, Bộ Xây dựng, 170–177 [4] Naeim, F., Kelly, J M (1999) Design of seismic isolated structures: from theory to practice John Wiley & Sons [5] Thuyet, N V., Deb, S K., Dutta, A (2018) Effect of horizontal loading direction on performance of prototype square unbonded fibre reinforced elastomeric isolator Structural Control and Health Monitoring, 25(3):1–18 [6] Thuyet, N V (2018) Effect of shear modulus on the performance of prototype un-bonded fiber reinforced elastomeric isolators Journal of Science and Technology in Civil Engineering (NUCE), 12(5):10–19 [7] Thuyet, N V (2017) Seismic performance evaluation of prototype un-bonded fiber reinforced elastomeric isolators PhD Thesis, Indian Institute of Techology Guwahati, Assam, India [8] Thuyet, N V., Deb, S K., Dutta, A., Ray, N., Mitra, A J (2016) Performance evaluation of fiber reinforced elastomeric isolators under cyclic load In Proc of the 8th World Congress on Joints, Bearing and Seismic Systems for Concrete Structures, Atlanta, Georgia, USA, 8–51 [9] Thuyet, N V., Dutta, A., Deb, S K (2016) Predicting stability of a prototype un-bonded fibre reinforced elastomeric isolator by finite element analysis In Proc of the International Conference on Computational Methods, 7th ICCM 2016, 1st-4th August, Berkeley, California, USA, 500–518 47 Thuyết, N V / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng [10] Thuyet, N V., Dutta, A., Deb, S K (2017) Evaluation of horizontal stiffness of fibre-reinforced elastomeric isolators Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 46(11):1747–1767 [11] Ogden, R W (1972) Large deformation isotropic elasticity - on the correlation of theory and experiment for incompressible rubberlike solids Proc R Soc Lond A, 326:565–584 [12] Holzapfel, G A (1996) On large strain viscoelasticity: continuum formulation and finite element applications to elastomeric structures International Journal for Numerical Methods in Engineering, 39(22): 3903–3926 [13] IBC-2000 (2000) International building code USA [14] Toopchi-Nezhad, H., Tait, M J., Drysdale, R G (2011) Bonded versus unbonded strip fiber reinforced elastomeric isolators: finite element analysis Composite Structures, 93(2):850–859 48 ... nghiên cứu ứng xử ngang nguyên mẫu gối cách chấn đàn hồi cốt sợi liên kết B-FREI Tuy nhiên, có nghiên cứu phân tích làm việc gối cách chấn đàn hồi cốt sợi không liên kết U-FREI, đặc biệt gối có... loạitrọng gối cách thường dùng gối cách chấn đàn hồi gối cách chấn chịuhai lượngchấn cơng trình trượt, gối cách chấn đàn hồi sử dụng phổ biến Gối cách chấn đàn hồi hai loại gối cách chấn thường dùng gối. .. xúc với gối cách chấn Đối với gối liên kết B-FREI, Hình mơ hình Mơ Hình hình3 .gối chấn sợisợi(đã M cách hình gối cách àn chấnhồi đàn cốt hồi cốt (đãchia phần tương tự gối không liên kết U-FREI