Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ứng xử của kết cấu chịu tải trọng động đất có xét đến tương tác với đất nền

Bài viết trình bày một mô hình thí nghiệm tương tác đất nền-móng-kết cấu phần trên được thực hiện trên bàn rung với độ lớn gia tốc đỉnh thay đổi sẽ được giới thiệu. Hệ thí nghiệm sẽ được mô phỏng để phân tích lý thuyết. Trong phân tích lý thuyết, tương tác phi tuyến giữa đất nền và móng được mô hình bằng một phần tử vĩ mô ba bậc tự do do tác giả đề xuất, kết cấu phần trên là hệ một bậc tự do. Kết quả phân tích lý thuyết ứng xử của kết cấu phần trên dưới dạng gia tốc và chuyển vị theo phương ngang sẽ được so sánh với kết quả thí nghiệm tương ứng.

Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (12/2020), 1016-1026 Transport and Communications Science Journal NUMERICAL AND EXPERIMENTAL STUDY ON SEISMIC RESPONSES OF STRUCTURE CONSIDERING SOILSTRUCTURE INTERACTION Huynh Van Quan1*, Tran Thu Hang2 Campus in Ho Chi Minh City, University of Transport and Communications, No 450-451 Le Van Viet Street, Tang Nhon Phu A Ward, District 9, Ho Chi Minh City, Vietnam University of Transport and Communications, No Cau Giay Street, Hanoi, Vietnam ARTICLE INFO TYPE: Research Article Received: 17/8/2020 Revised: 18/10/2020 Accepted: 2/11/2020 Published online: 28/12/2020 https://doi.org/10.47869/tcsj.71.9.1 * Corresponding author Email: quanhv_ph@utc.edu.vn; Tel: 0986503205 Abstract In this paper, an experimentation of system with soil, foundation and superstructure on shaking table will be presented The model is also analyzed by numerical method The non-linearities of soil and foundation interaction is simulated by a macroelement with degrees of freedom (DOF), the superstructure is simulated by a single DOF The horizontal displacements and accelerations of superstructure obtained from the simulation by proposal model will be compared with experimental results Keywords: soil-structure interaction, shaking table test, earthquake, macro-element © 2020 University of Transport and Communications 1016 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (12/2020), 1016-1026 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT CÓ XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC VỚI ĐẤT NỀN Huỳnh Văn Quân1*, Trần Thu Hằng2 Phân hiệu Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 450-451 Lê Văn Việt, phường Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Trường Đại học Giao thông vận tải, Số Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO CHUN MỤC: Cơng trình khoa học Ngày nhận bài: 17/8/2020 Ngày nhận sửa: 18/10/2020 Ngày chấp nhận đăng: 2/11/2020 Ngày xuất Online: 28/12/2020 https://doi.org/10.47869/tcsj.71.9.1 * Tác giả liên hệ Email: quanhv_ph@utc.edu.vn; Tel: 0986503205 Tóm tắt Trong báo này, mơ hình thí nghiệm tương tác đất nền-móng-kết cấu phần thực bàn rung với độ lớn gia tốc đỉnh thay đổi giới thiệu Hệ thí nghiệm mơ để phân tích lý thuyết Trong phân tích lý thuyết, tương tác phi tuyến đất móng mơ hình phần tử vĩ mô ba bậc tự do tác giả đề xuất, kết cấu phần hệ bậc tự Kết phân tích lý thuyết ứng xử kết cấu phần dạng gia tốc chuyển vị theo phương ngang so sánh với kết thí nghiệm tương ứng Từ khóa: tương tác đất nền-kết cấu, thí nghiệm bàn rung, động đất, phần tử vĩ mơ © 2020 Trường Đại học Giao thơng vận tải ĐẶT VẤN ĐỀ Trong tiêu chuẩn thiết kế cơng trình tiêu chuẩn thiết kế cầu đường TCVN 11823:2017 [1], tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 [2], tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD Hoa Kỳ [3], tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất TCVN 9386:2012 [4], tiêu chuẩn tiết kế kết cấu chịu động đất EN 1998 Eurocode [5], việc phân tích ứng xử kết cấu có xét đến tương tác với đất chưa kể đến dạng khuyến nghị cần nên xem xét Nguyên nhân xét đồng thời hệ đất nền-móng-kết cấu phần 1017 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số (12/2020), 1016-1026 dẫn đến việc phân tích khó khăn, khối lượng tính tốn lớn Đặc biệt, tác dụng tải trọng động đất, hệ đất nền-móng xuất phi tuyến hình học mặt tiếp xúc hoặc/và phi tuyến vật liệu đất xung quanh móng (xem hình 1) Hình Phi tuyến hình học vật liệu hệ đất nền-móng [12, 19] Phân tích tương tác đất nền-móng-kết cấu phần theo phương pháp lai tác giả giới đánh giá phương pháp đại, tiết kiệm khối lượng tính tốn cho kết xác [6] Nội dung phương pháp lai mô hình phần tử vĩ mơ dùng để thay hệ đất nền-móng phần tử đơn đặt chân kết cấu phần Phần tử liên kết với đất hệ lò xo thiết bị cản nhớt (xem hình 2) cho phép mơ tả đầy đủ đặc trưng phi tuyến vật liệu hình học hệ đất nền-móng Phần tử vĩ mơ Nova đề xuất lần vào năm 1991 [7], sau tác Cremer (2001, 2002), Chatzigogos (2009), Grange (2009) nghiên cứu mơ hình tải trọng tăng dần [6, 8, 9, 10]; Paolucci (1997, 2008), Figini (2012) nghiên cứu đề xuất mơ hình tải trọng động đất [11, 12, 13] Tuy nhiên, mô hình chưa xét đến đồng thời cặp phi tuyến hình học vật liệu để phù hợp với phân tích hệ chịu tải trọng động đất Hình Mơ hình phần tử vĩ mơ: liên kết, biến lực chuyển vị thu gọn (Figini, 2012) Tại Việt Nam, nghiên cứu tương tác đất nền-móng-kết cấu phần số tác giả thực dạng phân tích lý thuyết Lê Văn Tuân (2016), Đào Văn Hưng (2017), Vũ Minh Ngọc (2019) [14, 15, 16]; hay nghiên cứu thực nghiệm cơng trình ngầm Trần Thu Hằng (2019) [17] Trên giới, nghiên cứu thực nghiệm với bàn rung 1018 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (12/2020), 1016-1026 số tác giả thực Maugeri (2000), Anastasopoulos (2013, 2014), Won (2018), Liu (2019) [18, 19, 20, 21, 22] Tuy nhiên, kết cơng bố cịn hạn chế số lượng nội dung nên cần tiếp tục thực nghiên cứu Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu thực nghiệm bàn rung tương tác hệ đất nềnmóng-kết cấu phần chịu tải trọng động đất với với mơ hình thu nhỏ thực Trường Đại học Giao thông vận tải [23] Trên sở phần tử vĩ mô xét đến cặp phi tuyến hình học vật liệu phù hợp với phân tích tải trọng động đất tác giả thực báo đề xuất cơng bố [24], mơ hình thí nghiệm mơ lý thuyết phương pháp lai Kết thực nghiệm phân tích lý thuyết dạng gia tốc chuyển vị ngang kết cấu phần giới thiệu để thể phù hợp hai phương pháp Ngoài ra, nội dung báo giúp bổ sung vào sở liệu nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm tương tác đất nền-móng-kết cấu phần mà tác giả trước chưa cơng bố MƠ HÌNH TƯƠNG TÁC ĐẤT NỀN-MĨNG-KẾT CẤU PHẦN TRÊN 2.1 Giới thiệu mơ hình thí nghiệm Trên sở kích thước bàn rung R202(UTC) Phịng thí nghiệm cơng trình Trường Đại học Giao thơng vận tải (200cm200cm), kích thước mơ hình thu nhỏ sử dụng nghiên cứu thực nghiệm xác định để đảm bảo tính xác kết nghiên cứu Để đơn giản cho trình chế tạo phù hợp với tình hình thực tế, móng đúc vật liệu bê tơng Móng hình vng cạnh 𝐵 × 𝐵 =25cm25cm, cao ℎ𝑓 =10cm đặt bề mặt đất lựa chọn Trên sở kích thước bàn rung hữu kích thước móng chọn, kích thước mặt cắt ngang hộp đất xác định để đảm bảo khoảng cách tối thiểu so với móng: kích thước thối thiểu tường dài (phương gia tốc rung) 5𝐵 = × 25 = 125cm, tường ngắn (phương vng góc với gia tốc rung) 3𝐵 = × 25 = 75cm, bề dày lớp đất địa chất 3ℎ𝑓 = × 10 = 30cm Sau chế tạo, kích thước hộp đất gồm: tường dài 185cm, tường ngắn 150cm, đất cho vào thùng cao 70cm nên chiều cao hộp đất 120cm Ngoài ra, kích thước mặt cắt ngang hộp đất sau chế tạo phải đảm bảo tỷ lệ cạnh ngắn cạnh dài ≥2/3, thực tế 150/185=0.811, đạt yêu cầu (xem hình 3) Bộ khung cứng hộp đất chế tạo thép hộp, cố định vào bàn rung bu-lông Để thuận lợi cho trình quan sát đảm bảo khả chịu lực, tường hộp đất làm vật liệu nhựa polycarbonate suốt với chiều dày 10mm [17] Kết cấu phần chế tạo để đảm bảo phù hợp với mô hình dạng khối lượng tập trung Do đó, kết cấu phần làm vật liệu thép, dạng hình trụ trịn có khối lượng 150kg, chiều cao 25cm Cột nối móng với kết cấu phần thép hình H100, chiều cao 40cm Khối lượng trụ 6.88kg, tỷ số khối lượng trụ so với khối lượng 6.88 kết cấu phần 150 × 100% = 4.59% Tỷ số bé 5% để đảm bảo việc bỏ qua bậc tự tương ứng với khối lượng trụ tính tốn Với mẫu thí nghiệm chọn, trọng lượng tĩnh hệ móng-trụ-kết cấu phần 1.686kN, khả chịu lực tĩnh cực đại theo phương thẳng đứng móng xác định theo Tezaghi [25] 28.05kN Do đó, hệ số an tồn tĩnh móng 28.05/1.686=16.64 Giá trị nằm giới hạn từ đến 24 nên phù hợp với thực tế thiết kế cơng trình cầu đường Nhật Bản [12] Để tạo mơi trường đất mà móng đặt lên nó, đất cho vào hộp cát vàng sơng Lơ (xem hình 4) Các tính chất lý cát xác định Phịng thí nghiệm kỹ thuật cơng trình mơi trường LAS-XD381 Độ chặt tương đối 𝐷𝑟 = 82%, khối lượng riêng 𝜌 = 2.68 𝑔/𝑐𝑚3 góc ma sát 𝜑 = 42.6𝑜 , kích thước hạt cực đại 18mm, kích thước trung bình 𝐷50 =0.42mm, hệ số đồng 4.67, hệ số thấm 2.69 × 10−04 cm/s 1019 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (12/2020), 1016-1026 Hình Chi tiết kích thước hộp đất mẫu thí nghiệm Hình Mơ hình thực nghiệm Tải trọng tác dụng lên bàn rung gia tốc động đất dạng lịch sử thời gian trận động đất Tolmezzo (Friuly, Italia) hình Gia tốc kích thích bàn rung thay đổi với độ lớn cực đại tăng dần theo thứ tự: 0.1 𝑚/𝑠 , 0.2 𝑚/𝑠 , 0.4 𝑚/𝑠 , 0.8 𝑚/𝑠 , 1.4 𝑚/𝑠 2.0 𝑚/𝑠 tương ứng với ký hiệu T1 đến T6 Hình Lịch sử gia tốc động đất Tolmezzo Chuyển vị kế gia tốc kế dùng để đo chuyển vị gia tốc đỉnh kết cấu phần theo phương gia tốc bàn rung (xem hình 4) Tín hiệu đo truyền tực tiếp vào thiết bị thu 1020 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (12/2020), 1016-1026 nhận tín hiệu, phận kết nối với máy vi tính giúp lưu liệu vào nhớ quan sát trực tiếp tín hiệu đo trường Việc điều chỉnh cấp tải trọng truyền vào bàn rung phòng điều khiển trung tâm thực Ngay phòng điều khiển trung tâm vận hành bàn rung, thiết bị đo truyền tín hiệu đến thu đa kênh kết nối với hệ thống máy tính để lưu liệu vào nhớ Khi đó, thí nghiệm viên quan sát trực tiếp giá trị đo hình vi tính để phản hồi phịng điều khiển trung tâm việc ghi nhận liệu 2.2 Đề xuất mơ hình phân tích lý thuyết Hệ đất nền-móng-kết cấu phần nghiên cứu thực nghiệm hình mơ lý thuyết dạng thơng số tập trung phương pháp lai với bốn bậc tự tốn phẳng, xem hình Kết cấu phần khối lượng tập trung đặt đỉnh trụ, có bậc tự chuyển vị theo thương gia tốc bàn rung Trụ mô hình phần tử dầm, ứng xử tuyến tính, chưa xét đến khối lượng Hệ đất nền-móng mơ hình phần tử vĩ mơ ba bậc tự gồm hai chuyển vị đường theo phương ngang đứng, chuyển vị góc xoay Hình Mơ hình lý thuyết phân tích hệ đất nền-móng-kết cấu phần (Paolucci, 2008) Áp dụng nguyên lý Đa-lam-be, hệ phương trình vi phân chuyển động hệ hình viết dạng thu gọn (1) 𝑴𝑥̈ + 𝑪𝑥̇ + 𝑭𝑆 + 𝑭𝐹 = 𝑷 (1) Trong đó: 𝑇 𝒙 = [𝑥1 𝑥0  𝑥𝑣 ]𝑇 ; 𝑷 = [−𝑚1 𝑥̈𝑔 − 𝑚0 𝑥̈𝑔 − (𝑚1 + 𝑚0 )𝑧̈𝑔 ] ; 𝑭𝐹 = [0 𝑉 𝐹 𝑀𝐹 𝑁 𝐹 ]𝑇 ; 𝑭𝑆 = [ 𝑉 𝑆 − 𝑉 𝑆 − 𝑉 𝑆 ℎ 0]𝑇 ; 𝑐1 −𝑐1 −𝑐1 ℎ̅ 𝑚1 0 0 −𝑐 𝑐 + 𝑐 0 𝑚0 1 𝑐1 ℎ̅ 𝑴=[ ]; 𝑪 = ̅ ̅ 0 𝐽 −𝑐1 ℎ 𝑐1 ℎ 𝑐1 ℎ̅ + 𝑐𝑟 𝑐𝑣 ] } 0 𝑚1 + 𝑚0 [ 0 (2) 𝑥 véc tơ chuyển vị 𝑷 véc tơ lực kích thích 𝑭𝑆 véc tơ lực đàn hồi kết cấu 𝑭𝐹 véc tơ phản lực 𝑥1 , 𝑥0 tương ứng chuyển vị theo phương ngang kết cấu phần móng  góc xoay móng 𝑥𝑣 chuyển vị theo phương đứng hệ 𝑥̈𝑔 , 𝑧̈𝑔 tương ứng gia tốc kích thích theo phương ngang phương đứng 𝑚1 , 𝑚0 , 𝐽, ℎ tương ứng khối lượng kết cấu phần trên, khối lượng móng, mơ men qn tính chiều cao có hiệu 1021 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (12/2020), 1016-1026 𝑐1, 𝑐0 , 𝑐𝑟 , 𝑐𝑣 tương ứng tính cản kết cấu phần trên, hệ số cản tương đương hệ đất nền-móng theo phương ngang, xoay đứng 𝑆 Trường hợp kết cấu phần làm việc tuyến tính: 𝑭𝑛+1 = 𝑭𝑛𝑆 + 𝑲𝑆 (𝑥𝑛+1 − 𝑥𝑛 ) 𝑲𝑆 ma trận độ cứng kết cấu xác định (3), với 𝑘1 độ cứng đàn hồi trụ 𝑘1 −𝑘1 −𝑘1 ℎ̅ −𝑘1 𝑘1 𝑘1 ℎ̅ 𝑲𝑆 = (3) −𝑘1 ℎ̅ 𝑘1 ℎ̅ 𝑘1 ℎ̅2 0] [ 0 Theo [24], q trình phân tích ứng xử hệ, véc-tơ phản lực 𝑭𝐹𝑛+1 bước tính tốn thứ 𝑛 + xác định công thức: 𝑭𝐹𝑛+1 = 𝑭𝐹𝑛 + 𝐾 𝐹 (𝒙𝑛+1 − 𝒙𝑛 ) 𝑲𝐹 ma trận độ cứng phản lực nền, 𝒙𝑛 𝒙𝑛+1 véc-tơ chuyển vị bước tính tốn thứ 𝑛 𝑛 + Trong phần tử vĩ mơ, móng coi phần tử đơn đặt bề mặt đất, bỏ qua ma sát đất móng nên phần tử nằm ngồi đường chéo ma trận lấy không công thức (4) [6, 11, 12] Trong đó, 𝑘0 , 𝑘𝑟 , 𝑘𝑧 độ cứng tĩnh tương đương hệ đất nềnmóng, xác định theo Gazetas (1991) [26] 𝑲 𝐹0 𝑘0 =[0 0 𝑘𝑟 0 0] 𝑘𝑧 (4) Tại thời điểm, xét theo phương khảo sát, tính phi tuyến hình học thể bề rộng móng cịn tiếp xúc với đất 𝐵′ (xem hình 1): 𝐵 ′ = 𝐵(1 − 𝛿) (5) Hệ số giảm 𝛿 có giới hạn ≤ 𝛿 < Ban đầu 𝛿 lấy không, giá trị cập nhật trình chịu kích thích động đất, phụ thuộc vào góc nghiêng móng Giá trị 𝛿 xác định theo cơng thức (6); 𝛿1 , 𝛿2 tương ứng thông số mơ hình liên quan đến giá trị 𝛿 cực hạn tốc độ suy giảm theo trường hợp 𝜃 𝑝 góc quay đàn hồi tức thời móng quanh trục khảo sát thời điểm tính tốn, xác định công thức (7); ∆𝜃𝑛 ∆𝑀𝑛 số gia góc quay mơ men lật móng ứng với bước tính tốn thứ 𝑛 Khi đó, ma trận độ cứng đàn hồi 𝑲𝐹 công thức (4) cập nhật theo bề rộng móng 𝐵 ′ 𝛿(𝜃 𝑝 ) = 𝛿1 1+ 𝛿2 𝜃𝑝 𝜃 𝑝 = ∑𝑛|∆𝜃𝑛 − ∆𝑀𝑛 /𝑘𝑟′ | (6) (7) Dưới ảnh hưởng lực kích thích nền, bên cạnh xuất cảu phi tuyến hình học, tượng tập trung ứng xuất, dẫn đến thay đổi tính chất vật liệu đất nên phải xét đến phi tuyến vật liệu Tại thời điểm, tùy thuộc vào giá trị độ lớn véc-tơ phản lực 𝑭𝐹 mà ảnh hưởng phi tuyến vật liệu đến ma trận độ cứng 𝑲𝐹 phần tử vĩ mô xảy theo hai cách sau: +) Nếu 𝑓(𝑭) < [𝑓(𝑭) = 𝑑𝑓(𝑭) < 0], phản ứng hệ tuyến tính: 𝑲𝐹 = 𝑲𝐹0 (8) +) Nếu 𝑓(𝑭) ≥ 𝑑𝑓(𝑭) ≥ 0, chảy dẻo xuất hiện, đất phản ứng phi tuyến, ma trận độ cứng phần tử vĩ mô bị triết giảm lượng 𝑑𝑲𝐹 xác định theo công thức: 1022 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (12/2020), 1016-1026 𝜕𝑔 𝜕𝑓 𝑇 𝜕𝑓 𝑇 𝜕𝑔 −1 𝑑𝑲𝐹 = 𝑲𝐹0 (𝜕𝑭) (𝜕𝑭) 𝑲𝐹0 [(𝜕𝑭) 𝑲𝐹0 (𝜕𝑭)] 𝜕𝑓 (9) 𝜕𝑔 Với 𝜕𝑭 , 𝜕𝑭 tương ứng đạo hàm riêng hàm dẻo quy tắc chảy theo phản lực phần tử vĩ mô Hàm dẻo quy tắc chảy xác định sau: Hàm dẻo [7]: 𝑓(𝐹) = ℎ2 + 𝑚2 − 𝑣 (1 − 𝑣)2𝜉 (10) 𝑔(𝐹) = 𝜆2 ℎ2 + 𝜒 𝑚2 + 𝑣 (11) Quy tắc chảy [8]: Trong đó, ℎ = 𝑉 𝐹 /𝜇𝑁𝑚𝑎𝑥 , 𝑚 = 𝑀𝐹 /𝜓𝐵𝑁𝑚𝑎𝑥 , 𝑣 = 𝑁 𝐹 /𝑁𝑚𝑎𝑥 Với 𝑁𝑚𝑎𝑥 phản lực cực đại theo phương đứng Các hệ số 𝜓, 𝜇, 𝜇, 𝜉, 𝜆 𝜒 xác định bảng [12] Như vậy, trường hợp tổng quát, thời điểm bất kỳ, ma trận độ cứng phản lực phần tử vĩ mô xét đến tính chất phi tuyến hình học vật liệu hệ đất nền-móng xác định theo cơng thức: ′ 𝑲𝐹 = 𝑲𝐹 − 𝑑𝑲𝐹 (12) Phương trình (1) giải tích phân số theo phương pháp Newmark dạng phương trình chuyển động: 𝑴 𝑪𝛾 [𝛽(∆𝑡)2 + 𝛽∆𝑡 + 𝑲𝑆 ] 𝒙𝑛+1 + 𝑭𝑛+1 (𝒙𝑛+1 ) = 𝑷𝑛+1 + 𝑴 [ 𝛾 1−2𝛽 2𝛽 𝒙̈ 𝑛 + 𝒙̇ 𝑛 ∆𝑡+𝒙𝑛 𝛽(∆𝑡)2 𝛾 ] + 𝑪 [(2𝛽 − 𝛾 1) 𝒙̈ 𝑛 ∆𝑡 + (𝛽 − 1) 𝒙̇ 𝑛 + 𝛽∆𝑡 𝒙𝑛 ] (13) SO SÁNH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VỚI PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT Các tham số tương đương dùng để phân tích lý thuyết suy từ mơ hình thí nghiệm Bảng Chiều cao có hiệu hệ đất nền-móng-kết cấu phần trên: ℎ = ℎ𝑓 + ℎ𝑐 + ℎ𝑠 =0.575m 𝐵 ℎ Mơ men qn tính khối lượng hệ tâm phần tử vĩ mô: 𝐽 = 𝑚0 [( ) + ( 2𝑓 ) ] + 𝑚𝑡𝑟 ℎ𝑐 12 ℎ𝑐 +ℎ𝑓 + 𝑚𝑡𝑟 ( trụ: 𝑘1 = 3𝐸𝐼𝑒 ℎ𝑒3 ) + 𝑚1 (ℎ𝑐 + ℎ𝑓 2 + ℎ𝑠 ) = 50.12kgm2 Độ cứng đàn hồi tương đương = 120.88 × 105 N/m Bảng Các thông số tương đương hệ đất nền-móng-kết cấu phần Thơng số 𝑘0 (N/m) 𝑘𝑣 (N/m) 𝑐𝑟 (Ns/m) 𝑚0 (kg) 𝑘1 (N/m) 𝜆 Giá trị 202.68 × 106 338.48 × 106 1.26 × 103 15 120.88 × 105 Thơng số 𝑘𝑟 (Nm/rad) 𝑐0 (Ns/m) 𝑐𝑣 (Ns/m) ℎ (m) 𝜇  Giá trị 201.74 × 105 1.34 × 105 2.42 × 105 0.575 0.682 Thông số 𝑚1 (kg) 𝑐1 (Ns/m) 𝐽 (kgm2) 𝑁𝑚𝑎𝑥 (kN) 𝜓 𝜉 Giá trị 150 50.12 28.05 0.43 0.95 Thực phân tích phương trình (1) theo phương pháp Newmark phương trình (13) với số liệu bảng Kết có độ lệch giá trị chuyển vị gia tốc cực đại thí nghiệm lý thuyết tổng hợp bảng Kết so sánh lần gia tải đầu tiên: độ lệch chuyển vị lớn 10.11% gia tốc 13.97% ứng với thí nghiệm T4 Biểu đồ lịch sử chuyển vị gia tốc đỉnh móng lý thuyết thí nghiệm thí nghiệm T4 hình Trong trình thực ghi nhận, kết cấu bị lật ứng với trường hợp thí nghiệm T5 T6 1023 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (12/2020), 1016-1026 Bảng So sánh giá trị chuyển vị gia tốc cực đại lý thuyết thí nghiệm Trường hợp T1 T2 T3 T4 T5 T6 Chuyển vị Lý thuyết Thí nghiệm (mm) (mm) 0.582 0.616 1.229 1.336 5.065 4.707 11.47 10.31 23.64 (tại 6.17s) 27.80 22.67 (tại 4.35s) 24.58 Sai số (%) 5.84 8.71 -7.07 -10.11 14.96 7.77 Lý thuyết (𝑚/𝑠 ) 0.149 0.232 0.373 0.531 1.109 1.401 Gia tốc Thí nghiệm (𝑚/𝑠 ) 0.155 0.222 0.357 0.457 1.045 1.229 Sai số (%) 4.03 -4.31 -4.29 -13.97 5.77 12.28 (a) Chuyển vị (b) Gia tốc Hình Biểu đồ lịch sử chuyển vị gia tốc thí nghiệm T4 Thí nghiệm T5, lịch sử chuyển vị gia tốc theo phương ngang kết cấu phần hình Trong thí nghiệm, kết cấu bị lật thời điểm 6.17s ứng với chuyển vị đo 27.80mm Trong phân tích lý thuyết, thời điểm 6.17s, chuyển vị kết cấu phần 23.64mm Sai số chuyển vị lý thuyết thí nghiệm thời điểm là: 27.8𝑚𝑚−23.64𝑚𝑚 × 100% = 14.96% Xét khoảng thời gian 6.17s, sai số giá trị gia tốc cực 27.8𝑚𝑚 đại giữ lý thuyết thí nghiệm 5.77% (a) Chuyển vị (b) Gia tốc Hình Biểu đồ lịch sử chuyển vị gia tốc thí nghiệm T5 Thí nghiệm T6, lịch sử chuyển vị gia tốc theo phương ngang kết cấu phần hình Trong thí nghiệm, kết cấu bị lật thời điểm 4.35s ứng với chuyển vị đo 24.58mm Gia tốc kích thích bàn rung thí nghiệm T6 tăng 30% so với T5 nên thời điểm lật móng sớm 1.82s Kết phân tích lý thuyết, thời điểm 4.35s, kết cấu phần có chuyển vị 22.67mm Sai số chuyển vị lý thuyết thí nghiệm thời điểm là: 1024 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (12/2020), 1016-1026 24.58𝑚𝑚−22.67𝑚𝑚 × 100% = 7.77% Trong 4.35s phân tích, sai số giá trị gia tốc cực đại lý thuyết thí nghiệm 12.28% 24.58𝑚𝑚 (a) Chuyển vị (b) Gia tốc Hình Biểu đồ lịch sử chuyển vị gia tốc thí nghiệm T6 KẾT LUẬN Bài báo trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm tương tác hệ đất nền-móng-kết cấu phần cho mơ hình cụ thể tác dụng tải trọng động đất thông qua bàn rung Kết thí nghiệm sở để kiểm tra mơ hình lý thuyết mơ tương tác hệ đất nền-móng-kết cấu phần Trong đó, tương tác phi tuyến phức tạp hệ đất nền-móng tải trọng động đất mơ hình phần tử vĩ mơ tác giả đề xuất So sánh dạng biểu đồ giá trị phản ứng cực đại cho thấy, mô hình đề xuất cho kết phân tích phù hợp với kết thực nghiệm Bài báo dừng lại kết cấu cụ thể, ứng xử trụ nối móng kết cấu phần làm việc tuyến tính Do đó, nghiên cứu tiếp theo, cần tiếp tục mở rộng kết cấu khác xét đến ảnh hưởng phi tuyến trụ đến ứng xử hệ LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Trường Đại học Giao thông vận tải đề tài mã số T2020-PHII-005 Tác giả xin chân thành cảm ơn thí nghiệm viên Trung tâm Khoa học công nghệ hỗ trợ trình thực nghiên cứu thực nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường TCVN 11823:2017 [2] Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 [3] Tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD-Hoa Kỳ [4] Tiêu chuẩn thiết kế cơng trình chịu động đất TCVN 9386:2012 [5] Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu chịu động đất EN 1998 Eurocode 8-Châu Âu [6] C T Chatzigogos, A Pecker, J Salencon, Macroelement modeling of shallow foundations, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 29 (2009) 765-781 https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2008.08.009 [7] R Nova, L Montrasio, Settlements of shallow foundations on sand, Geotechnique, 41 (1991) 243256 https://doi.org/10.1680/geot.1991.41.2.243 [8] C Cremer, A Pecker, L Davenne, Cyclic macro-element for soil-structure interaction: material and geometrical non-linearities, International Journal for Numerical and Analytical Methods in 1025 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (12/2020), 1016-1026 Geomechanics, 25 (2001) 1257-1284 https://doi.org/10.1002/nag.175 [9] C Cremer, A Pecker, L Davenne, Modelling of nonlinear dynamic behavior of a shallow strip foundation with macro-element, Journal of Earthquake Engineering, (2002) 175-211 https://doi.org/10.1080/13632460209350414 [10] S Grange, P Kotronis, J Mazars, A macro-element to simulate 3D soil–structure interaction considering plasticity and uplift, International Journal of Solids and Structures, 46 (2009) 3651-3663 https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2009.06.015 [11] R Paolucci, Simplified evaluation of earthquake-induced permanent displacements of shallow foundations, Journal of Earthquake Engineering, (1997) 563-579 https://doi.org/10.1080/13632469708962378 [12] R Paolucci, M Shirato, M Tolga Yilmaz, Seismic behavior of shallow foundations: Shaking table experiments vs numerical modelling, Earthquake engineering and structural dynamics, 37 (2008) 577595 https://doi.org/10.1002/eqe.773 [13] R Figini, R Paolucci, C T Chatzigogos, A macro‐element model for non‐linear soil–shallow foundation–structure interaction under seismic loads: theoretical development and experimental validation on large scale tests, Earthquake engineering and structural dynamics, 41 (2012) 475-493 https://doi.org/10.1002/eqe.1140 [14] Đào Văn Hưng, Phùng Văn Ngọc, Phạm Thanh Tâm, Nghiên cứu tính tốn trạng thái ứng suất hệ cọc làm việc đồng thời, Tạp chí khoa học công nghệ thủy lợi, 38 (2017) 1-8 [15] Lê Văn Tuân, Zheng Yong-Lai, Thí nghiệm bàn rung nghiên cứu ứng xử cơng trình ngầm tác dụng động đất, Kết cấu - Công nghệ xây dựng, (2016) 15-24 [16] Vũ Minh Ngọc, Phạm Văn Thuyết, Xác định độ cứng lò xo cọc thiết kế hệ móng cọc đài thấp theo mơ hình Winkler, Tạp chí khoa học cơng nghệ lâm nghiệp, (2019) 134-143 [17] Trần Thu Hằng cộng sự, Xây dựng mơ hình để nghiên cứu ảnh hưởng động đất đến cơng trình ngầm thí nghiệm bàn rung, Tạp chí cầu đường, (2019) 25-32 [18] M Maugeri et al., Shaking table test of failure of a shallow foundation subjected to an eccentric load, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 20 (2000) 435-444 https://doi.org/10.1016/S02677261(00)00091-9 [19] I Anastasopoulos et al., Shaking table testing of rocking-isolated bridge pier on sand, Journal of Earthquake Engineering, 17 (2013) 1-32 https://doi.org/10.1080/13632469.2012.705225 [20] I Anastasopoulos, T Kontoroupi, Simplified approximate method for analysis of rocking systems accounting for soil inelasticity and foundation uplifting, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 56 (2014) 28-43 https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2013.10.001 [21] T A Won, K V Sai, Modeling the stress versus settlement behavior of shallow foundations in unsaturated cohesive soils extending the modified total stress approach, Soils and Foundations, 58 (2018) 382-397 https://doi.org/10.1016/j.sandf.2018.02.008 [22] S Liu, Z Yao, Y Shang, Ultimate bearing capacity of circular shallow foundations in frozen clay, Journal of Vibroengineering, 21 (2019) 1030-1044 https://doi.org/10.21595/jve.2019.20476 [23] Nguyễn Trung Kiên, Huỳnh Văn Quân Nguyễn Thành Tâm, Xây dựng mơ hình thực nghiệm nghiên cứu tương tác đất nền-kết cấu tải trọng động đất, Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, 71 (2020) 678-689 https://doi.org/10.25073/tcsj.71.6.4 [24] V Q Huynh, X H Nguyen, T K Nguyen, A macro-element for modeling the non-linear interaction of soil-shallow foundation under seismic loading, Civil Engineering Journal, (2020) 714723 http://dx.doi.org/10.28991/cej-2020-03091503 [25] K Terzaghi, Theoretical Soil Mechanics, first ed., Wiley, New York, 1943 [26] G Gazetas, Foundation Vibrations in Foundation Engineering Handbook, second ed., Springer, Boston, MA, (2013), pp 553-593 https://doi.org/10.1007/978-1-4615-3928-5_15 1026 ... 1016-1026 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT CÓ XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC VỚI ĐẤT NỀN Huỳnh Văn Quân1*, Trần Thu Hằng2 Phân... thiệu kết nghiên cứu thực nghiệm bàn rung tương tác hệ đất nềnmóng -kết cấu phần chịu tải trọng động đất với với mơ hình thu nhỏ thực Trường Đại học Giao thông vận tải [23] Trên sở phần tử vĩ mô xét. .. kế cơng trình chịu động đất TCVN 9386:2012 [4], tiêu chuẩn tiết kế kết cấu chịu động đất EN 1998 Eurocode [5], việc phân tích ứng xử kết cấu có xét đến tương tác với đất chưa kể đến dạng khuyến