Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần kích động đứng của các trận động đất mạnh đến phản ứng kết cấu công trình khi sử dụng gối con lắc 2 mặt trượt ma sát DFP

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỒNG QUỐC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THÀNH PHẦN KÍCH ĐỘNG ĐỨNG CỦA CÁC TRẬN ĐỘNG ĐẤT MẠNH ĐẾN PHẢN ỨNG KẾT CẤU CƠNG TRÌNH KHI SỬ DỤNG GỐI CON LẮC MẶT TRƯỢT MA SÁT – DFP LUẬN VĂN THẠC SĨ Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thông Đà Nẵng - 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HOÀNG QUỐC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THÀNH PHẦN KÍCH ĐỘNG ĐỨNG CỦA CÁC TRẬN ĐỘNG ĐẤT MẠNH ĐẾN PHẢN ỨNG KẾT CẤU CƠNG TRÌNH KHI SỬ DỤNG GỐI CON LẮC MẶT TRƯỢT MA SÁT – DFP Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng : 85.80.205 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS HOÀNG PHƯƠNG HOA Đà Nẵng - 2019 i LỜI CẢM ƠN Học viên xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Hoàng Phương Hoa tận tình hướng dẫn - bảo trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, tập thể cán bộ, giảng viên Khoa Xây dựng Cầu đường Phòng – Ban Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng, gia đình, bạn bè động viên, tạo điều kiện cho học viên thời gian học cao học hoàn thành luận văn tốt nghiệp Với thời gian nghiên cứu lực thân hạn chế, luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót, tồn Học viên mong nhận ý kiến đóng góp từ phía thầy bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Trân trọng cảm ơn ! ii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận án Nguyễn Hoàng Quốc iii NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THÀNH PHẦN KÍCH ĐỘNG ĐỨNG CỦA CÁC TRẬN ĐỘNG ĐẤT MẠNH ĐẾN PHẢN ỨNG KẾT CẤU CƠNG TRÌNH KHI SỬ DỤNG GỐI CON LẮC MẶT TRƯỢT MA SÁT – DFP RESEARCHING EFFECTS OF VERTICAL ACTIVITY COMPONENTS OF STRONG SOIL ACTIVITIES TO REACTIVATE THE CONSTRUCTING CONSTRUCTION WHEN USING THE 2-SIDE CUTTING PILLOW - DFP Học viên: Nguyễn Hoàng Quốc Chun ngành: Xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 85.80.205 Khóa: K36.XGT.TV Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN TÓM TẮT: Gối cách chấn DFP (Double Friction Pendulum) dạng gối lắc trượt ma sát đôi, biết đến thiết bị giảm chấn hiệu cho cơng trình xây dựng chịu động đất Trong báo cáo này, hiệu giảm chấn thiết bị sử dụng nhà cao tầng chịu tải trọng động đất đánh giá Những nghiên cứu trước đây, thành phần gia tốc theo phương đứng thường bị bỏ qua phân tích, điều dẫn đến có sai số đáng kể kết tính tốn với trận động đất mạnh, đặc biệt cơng trình gần tâm chấn Trong nghiên cứu này, tác giả phân tích ảnh hưởng thành phần kích động đứng đến phản ứng kết cấu Những kết nghiên cứu mơ việc phân tích động lực học nhà tầng thép gắn gối DFP chịu động đất xét ba thành phần X, Y thành phần đứng Từ khóa: Gối ma sát DFP, cách chấn đáy, ảnh hưởng thành phần đứng động đất, chịu động đất, nhà cao tầng ABSTRACT: Double Friction Pendulum (Double Friction Pendulum) is a double friction slider pendulum, known as an effective damping device for earthquake-resistant buildings In this report, the damping effect of equipment used in high-rise buildings is assessed by earthquake load Previous studies, vertical component of ground acceleration are often ignored in the analysis, which leads to significant errors in the calculation results with strong earthquakes, especially those near epicenter In this study, the author will analyze the effect of agitation components on structural response The research results will be simulated by dynamic analysis of a 9-storey house with DFP bearing steel subjected to earthquakes considering all three components X, Y and vertical components Keywords: DFP friction bearings, base isolation, effects of vertical component of earthquake, earthquake resistant, high-rise building iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ x MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ CÁC GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 1.1.1 Động đất 1.1.2 Giải pháp cơng trình chịu động đất 1.2 KỸ THUẬT CÁCH CHẤN BẰNG GỐI CON LẮC MẶT TRƯỢT MA SÁT 14 1.2.1 Sơ lược lịch sử ứng dụng kỹ thuật cách chấn 14 a) Khái niệm kỹ thuật cách chấn 16 1.2.2.Tình hình nghiên cứu gối lắc trượt ma sát – DPF 18 Hình 1.11: Cấu tạo Gối lắc ma sát đơi, gối DFP (Fenz, 2008e) 18 1.2.3 Nhận xét, đề xuất hướng nghiên cứu 21 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 22 Chương 24 MƠ HÌNH VÀ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 24 GỐI CÔ LẬP HAI MẶT TRƯỢT MA SÁT - DFP 24 2.1 CÁC MƠ HÌNH TÍNH TỐN CỦA GỐI CƠ LẬP TRƯỢT MA SÁT 24 2.1.1 Cấu tạo dạng gối cô lập mặt trượt ma sát –DFP 24 2.1.2 Mơ hình xác định hệ số ma sát thiết bị gối trượt 26 2.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SỐ CHO NGHIÊN CỨU 27 2.2.1 Phương pháp Newmark 28 2.2.2 Phương pháp Runge - Kutta 28 2.3 MƠ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG GỐI TRƯỢT MA SÁT KHI CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 30 2.3.1 Gối hai mặt trượt (DFP, Double friction pendulum) 30 2.2.2 Hệ phương trình vi phân chuyển động 33 2.3.2 Gối DFP chịu ảnh hưởng lực kích động đứng 34 v 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 35 Chương 36 VÍ DỤ TÍNH TỐN HIỆU QUẢ GIẢM CHẤN 36 GỐI CÔ LẬP HAI MẶT TRƯỢT MA SÁT- DFP 36 3.1 ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN KÍCH ĐỘNG ĐỨNG ĐẾN CƠNG TRÌNH 36 3.1.1 Giới thiệu kết cấu 36 3.1.2 Gia tốc phân tích 36 3.1.3 Ảnh hưởng thành phần kích động đứng 37 3.1.4 Đánh giá ảnh hưởng kích động đứng 41 3.1.5 Hiệu giảm lực cắt gia tốc kết cấu 43 3.2 THIẾT KẾ TỐI ƯU KẾT CẤU GỐI DFP CĨ XÉT KÍCH ĐỘNG ĐỨNG 43 3.2.1 Giới thiệu chung 43 3.2.2 Thiết kế thông số kỹ thuật hợp lý gối mặt trượt ma sát DFP có xét kích động đứng để chịu tải trọng động đất mạnh 43 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu PGA PGV PGD a H(t) D Đơn vị g cm/s cm m/s2 % s Sa g Sd Mw M0 G g mm/s2 m dyn.cm dyn.cm dyn/cm2 m D E Rrup Rjp u u u K C M T tT tD R d  h Reff  F erg km km m m/s m/s2 kN/m s/m N.s2/m s s s m mm % mm m rad N, kN Giải thích ý nghĩa Gia tốc đỉnh Vận tốc đỉnh Chuyển vị đỉnh Gia tốc Phần trăm gia tốc bình phương tích lũy Khoảng thời gian kéo dài chuyển động mạnh băng gia tốc Phổ gia tốc Gia tốc trọng trường Phổ chuyển vị Độ lớn mômen động đất Mômen động đất Mô đun chống cắt đất dọc theo phay Chiều dài trung bình đứt gãy Năng lượng trận động đất Khoảng cách gần đến đứt gãy Khoảng cách ngắn đến hình chiếu đứt gãy lên mặt Véc tơ chuyển vị Véc tơ vận tốc Véc tơ gia tốc Ma trận độ cứng Ma trận cản Ma trận khối lượng Chu kỳ dao động Toàn thời gian chuyển động Thời gian chuyển động cần xác định Bán kính mặt cong gối Khả chuyển vị mặt cong Hệ số ma sát Chiều cao lắc Bán kính mặt cong hiệu gối Góc xoay lắc Lực cắt (Lực cắt tầng lực ngang gối) vii Ff Fk Fr W Fn m k c ug ug N, kN N, kN N, kN N, kN N, kN Ns2/m N/mm s/m m m/s Lực ma sát gối Lực phục hồi gối Lực va chạm gối Tổng trọng lượng kết cấu bên gối Phản lực đứng vị trí lắc Khối lượng bậc tự Độ cứng bậc tự Hệ số cản bậc tự Chuyển vị Vận tốc ug m/s2 Gia tốc t Fb Z kr mb kb n s N, kN   % s/m Bước thời gian phân tích Tồng lực cắt đáy Biến trễ lực ma sát Độ cứng lực va chạm Khối lượng phần tử gối Độ cứng phần tử gối Số bậc tự Tỉ số cản Hệ số phụ thuộc vào áp lực bề mặt hệ số ma sát Các đại lượng không thứ nguyên để xác định biến trễ Z Chuyển vị gối theo phương x Chuyển vị gối theo phương y Tổng chuyển vị gối Tổng trọng lược kết cấu bên gối thay đổi theo thời gian kN/m N.s2/m kN/m A,    Ux Uy Ub N(t) mm mm m kN viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt OCHA TFP DFP SFP ASCE TCVN NRB HDR PEER EPS Giải thích ý nghĩa Office for the Coordination of Humanitarian Affairs (Văn phòng Liên hợp quốc điều phối vấn đề nhân đạo) Triple friction pendulum (Gối lắc ma sát ba) Double friction pendulum (Gối lắc ma sát đôi) Single friction pendulum (Gối lắc ma sát đơn) American Society of Civil Engineers (Hiệp hội kĩ sư xây dựng dân dụng Hoa Kỳ) Technical Commit of Viet Nam (Tiêu chuẩn Việt Nam) Natural rubber bearing (Gối cao su tự nhiên) High-damping rubber (Gối cao su có độ cản nhớt lớn) Pacific Earthquake Engineering Research (Trung tâm nghiên cứu động đất Thái Bình Dương đại học Berkeley) Earthquake Protection Systems (Công ty sản xuất gối cách chấn, Mỹ) ... để em nghiên cứu đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần kích động ? ?ứng trận động đất mạnh đến phản ứng kết cấu công trình sử dụng gối lắc mặt trượt ma sát DFP? ?? Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu. .. KHOA NGUYỄN HỒNG QUỐC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THÀNH PHẦN KÍCH ĐỘNG ? ?ỨNG CỦA CÁC TRẬN ĐỘNG ĐẤT MẠNH ĐẾN PHẢN ỨNG KẾT CẤU CƠNG TRÌNH KHI SỬ DỤNG GỐI CON LẮC MẶT TRƯỢT MA SÁT – DFP Chuyên ngành Mã số... chuyển vị ngang gối DFP cao gối SFP Các nghiên cứu Faramarz (20 10, 20 14) [21 ], [22 ] xét đến ảnh hưởng thành phần gia tốc theo phương ? ?ứng đến phản ứng ngang kết cấu cách chấn gối DFP Kết cho thấy,