Hiệu quả giảm chấn khi áp dụng gối con lắc một mặt trượt ma sát SFP cho nhà nhiều tầng chống động đất

Bài viết giới thiệu một giải pháp cấu tạo những gối cách chấn đặt tại chân của các cột công trình nhà cao tầng với mục đích cách ly công trình với tải trọng do động đất gây ra. Gối con lắc một mặt trượt ma sát (SFP) được sử dụng trong nghiên cứu này.

Hoàng Phương Hoa, Hồ Quang Nam 18 HIỆU QUẢ GIẢM CHẤN KHI ÁP DỤNG GỐI CON LẮC MỘT MẶT TRƯỢT MA SÁT SFP CHO NHÀ NHIỀU TẦNG CHỐNG ĐỘNG ĐẤT THE DAMPING EFFECT OF APPLYING SINGLE FRICTION PENDULUM SFP BEARING AGAINST EARTHQUAKE FOR HIGH-RISE BUILDINGS Hoàng Phương Hoa1, Hồ Quang Nam2 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; hphoa@dut.udn.vn Trung tâm Tư vấn kỹ thuật xây dựng Đà Nẵng; quangnam86@gmail.com Tóm tắt - Đối với cơng trình xây dựng cao tầng, việc thiết kế cơng trình chống chịu động đất quy định Tiêu chuẩn thiết kế Tuy nhiên, có nhiều giải pháp áp dụng nhằm làm giảm ảnh hưởng gia tốc trận động đất cơng trình, đặc biệt cơng trình xây dựng cao tầng có khối lượng lớn Bài báo giới thiệu giải pháp cấu tạo gối cách chấn đặt chân cột cơng trình nhà cao tầng với mục đích cách ly cơng trình với tải trọng động đất gây Gối lắc mặt trượt ma sát (SFP) sử dụng nghiên cứu Kết nghiên cứu khảo sát về: cấu tạo kích thước gối cho đảm bảo yếu tố kiến trúc hiệu giảm chấn lực cắt, gia tốc chuyển vị tầng trường hợp có khơng sử dụng gối SFP Ngơn ngữ lập trình Matlab phương pháp Runge-Kutta áp dụng để giải hệ phương trình vi phân chuyển động hệ cho hiệu giảm chấn trường hợp nghiên cứu mơ hình nhà cao tầng Abstract - For high-rise buildings, the design of earthquake resistance works is specified in the Design Standard However, many solutions have been applied to reduce the earthquake background effects on buildings, especially high-rise buildings and large volumes The article will introduce a measure to construct isolation bearings placed at the foot of columns of buildings for the purpose of isolating works with the load caused by earthquakes Single Friction Pendulum (SFP) bearing is used in this study The study will investigate the size of the bearing to ensure the structural factor and the damping effect and the shear force, the acceleration and displacement of the floors with and without SFP bearings The Matlab programming language and the Runge-Kutta method are applied to solve the system's differential equation for the effective damping of each case of the high rise building model Từ khóa - điều khiển bị động; gối lắc ma sát mặt trượt; gối cao su lõi chì; cách chấn đáy; kết cấu chống động đất; nhà cao tầng Key words - passitive control; SFP bearings; LRB bearings; base isolation; earthquake resistant structure; high-rise building Đặt vấn đề Động đất tượng thiên nhiên gây thảm họa kinh khủng cho người cơng trình xây dựng Chỉ tháng năm 2017, Mexico xảy trận động đất mạnh: trận động đất ngày 7/9 mạnh 8,2 độ Richter, trận ngày 19/9 mạnh 7,1 độ Richter trận ngày 23/9 mạnh 6,4 độ Richter, làm thiệt mạng hàng trăm người nhiều cơng trình xây dựng bị sụp đổ: http://www.baomoi.com/mexico-chao-dao-vi-tran-dongdat-cuc-manh-lan-thu-3-trong-thang-9/c/23360085.epi Hình giới thiệu nhà thành phố Mexico bị sập sau trận động đất ngày 19/9 chấn đại thường gắn với kỹ thuật điều khiển kết cấu Mục đích kỹ thuật điều khiển kết cấu để đáp ứng tiêu chí thứ thiết kế kháng chấn cho cơng trình Nói chung, kỹ thuật điều khiển kết cấu có dạng chính, là: điều khiển kết cấu dạng chủ động (Active control), điều khiển kết cấu dạng bị động (Passive control) kỹ thuật điều khiển kết cấu dạng bán chủ động (Semiactive control) Trong báo này, nhóm tác giả sâu nghiên cứu kỹ thuật điều khiển kết cấu dạng bị động Kỹ thuật điều khiển kết cấu dạng đơn giản, chi phí thấp đạt hiệu giảm chấn cao Việc áp dụng gối lắc mặt trượt ma sát kỹ thuật điều khiển kết cấu dạng bị động Ý tưởng kỹ thuật cách ly kết cấu bên với cách sử dụng gối mềm, gọi gối cách chấn Gối cách chấn có độ cứng chuyển vị ngang nhỏ, thơng thường lắp vào phần móng kết cấu bên để cách ly kết cấu với chuyển động đất, ngắt bớt nguồn lượng động đất truyền vào kết cấu Kết cấu gắn thiết bị có chu kỳ tăng lên, kết cấu làm “mềm” Với chu kỳ dao động kết cấu cô lập tăng lên giúp cho kết cấu tránh xa vùng chu kỳ trội trận động đất, làm lệch vùng cộng hưởng dao động kết cấu, từ giảm tác động tải trọng động đất vào kết cấu Gối lắc ma sát mặt trượt (Single Friction Pendulum- SFP) Zayas, V A cs đưa ý tưởng thiết kế vào năm 1987 [2, 3, 4] Cho đến năm 1990, Mokha, A cs thực loạt nghiên cứu thực nghiệm cho loại gối [5, 6, 7, 8, 9] Và Mosqueda, G., cs [10] hoàn thiện thêm đưa phương trình chuyển động loại gối ma sát mặt trượt Ngày nay, gối lắc mặt trượt Hình Tòa nhà Mexico bị sập sau trận động đất Việc thiết kế cơng trình chịu động đất nhiệm vụ, thử thách lớn cho nhà thiết kế kết cấu xây dựng Theo quan điểm thiết kế kháng chấn đại [1, 2, 3, 4, 16], để thiết kế kháng chấn cho cơng trình xây dựng cần đảm bảo hai tiêu chí, là: bảo đảm kết cấu có khả chịu lực lớn miền đàn hồi bảo đảm cho kết cấu có khả phân tán lượng động đất truyền vào, thông qua biến dạng dẻo giới hạn cho phép thiết bị hấp thu lượng Ngày nay, quan điểm thiết kế kháng ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển ma sát áp dụng rộng rãi nhiều nước, đặc biệt nước có phân vùng ảnh hưởng gia tốc nước ta, nước có phân vùng động đất mạnh khơng cao Giới thiệu gối cách chấn dạng trượt đơn - SFP 2.1 Đặc điểm cấu tạo Thiết bị gồm có khớp trượt (1) với bề mặt phủ lớp i-nox bóng (stainless-steel surfaces), có độ cong bám theo bề mặt phần bán cầu lõm thuộc thép khớp trượt (2) làm thép không gỉ đặt bán cầu lõm (3), phủ loại vật liệu composite có hệ số ma sát thấp 2.2 Nguyên lý làm việc gối SFP Khi khớp trượt (1) chuyển động mặt bán cầu lõm (3), đẩy khối lượng đỡ bên chuyển động lên tạo lực phục hồi (Hình 2) Ma sát khớp trượt bề mặt bán cầu tạo độ giảm chấn thiết bị cách chấn Độ cứng hiệu thiết bị cách chấn, chu kỳ dao động kết cấu khống chế điều chỉnh bán kính cong bề mặt bán cầu lõm Với chuyển vị u