Ứng dụng gối cao su dạng lớp trong thiết kế kháng chấn công trình xây dựng

LỜI CAM ĐOAN Học viên Nguyễn Đình Khoa Sinh ngày: 21/03/1993, CMND số: 173894898, cấp ngày: 05/07/2010, Thanh Hóa Q qn: Đơng Hồng – Đơng Sơn – Thanh Hóa Nơi tại: 55 Chính Kinh – Thanh Xuân – Hà Nội Công tác Viện Kỹ thuật Công trình Xin cam đoan luận văn tốt nghiệp cao học “Ứng dụng gối cao su dạng lớp thiết kế kháng chấn cơng trình xây dựng” cá nhân em thực hiện, tham khảo dùng giảng thầy giáo tài liệu công khai Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm tính xác thực luận văn Hà Nội, tháng 06/2019 Tác giả luận văn Nguyễn Đình Khoa i LỜI CẢM ƠN Em, Nguyễn Đình Khoa, xin chân thành cảm ơn thầy, cô Trường Đại học Thủy lợi tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý giá cho em học viên, đặc biệt với hướng dẫn tận tình Ts Nguyễn Anh Dũng giúp em hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ cảm động với giúp đỡ anh, chị, em, đồng nghiệp để hồn thành luận văn Trong q trình nghiên cứu làm luận văn khó tránh khỏi sai xót nghiên cứu chưa sâu, kính mong q thầy bảo thông cảm! Hà Nội, tháng 06/2019 ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH .v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: SỰ PHÁT TRIỂN GỐI CÁCH CHẤN TRÊN THẾ GIỚI .3 1.1 Giới thiệu chung .3 1.2 Gối cách chấn đáy Mỹ 1.3 Gối cách chấn đáy Nhật Bản .20 1.4 Gối cách chấn đáy Châu Âu 23 1.5 Gối cách chấn đáy New Zealand 24 1.6 Gối cách chấn đáy Việt Nam .25 1.7 Công nghệ cách chấn cần thiết đề tải nghiên cứu 27 Kết luận chương 29 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH CƠ HỌC VÀ VIỆC MƠ HÌNH HĨA GỐI CÁCH CHẤN 30 2.1 Giới thiệu 30 2.2 Đặc tính học gối đàn hồi .30 2.3 Đặc tính học gối lõi chì .37 2.4 Đặc tính học hệ lắc ma sát 38 2.5 Mơ hình hóa gối cách chấn mơ hình song tuyến tính 41 2.5.1 Các tham số mơ hình song tuyến tính gối cách chấn 41 2.5.2 Một số yêu cầu mơ hình song tuyến tính 45 2.6 Gối cách chấn cao su có độ cản cao .58 2.6.1 Mơ hình gối cao su phân tích động 58 iii 2.6.2 Phản ứng động với gối cao su 61 2.6.3 Kết 63 Kết luận chương 65 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GỐI CÁCH CHẤN CAO SU DẠNG LỚP TRONG CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG 66 3.1 Mô tả hệ kết cấu 66 3.1.1 Đặc điểm cơng trình chuyển động động đất 66 3.1.2 Phần mềm tính tốn phương pháp phân tích cơng trình 67 3.1.3 Lập mơ hình tính tốn 69 3.2 Phân tích kết cấu cơng trình sử dụng gối cách chấn cao su lõi chì 74 3.2.1 Thiết kế gối cao su lõi chì 74 3.2.2 Phân tích phản ứng cơng trình sử dụng gối cao su lõi chì 77 3.3 Phân tích kết cấu cơng trình sử dụng gối cách chấn cao su có độ cản cao 78 3.3.1 Thiết kế gối cao su có độ cản cao 78 3.3.2 Phân tích kết cấu cơng trình sử dụng gối cao su có độ cản cao 82 3.4 Nhận xét đánh giá 83 Kết luận chương 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Trường Pestalozzi, Skopje, Macedonia .6 Hình 1.2 Gối sử dụng Trường Pestalozzi Hình 1.3 Bộ truyền động đất sử dụng Pestalozzi School .7 Hình 1.4 Trung tâm luật cơng đồng tư pháp .10 Hình 1.5 Cơ sở điều khiến huy cứu hỏa (FCCF), Los Angles, California 11 Hình 1.6 Trung tâm hoạt động cấp cứu, Los Angelesm California 12 Hình 1.7 Trung tâm chẩn đốn thương M L King/C R Drew, Willbowbrook, California 13 Hình 1.8 Cơ sở sàn xuất thiết bị mơ bay, Salt Lake, Utah .14 Hình 1.9 Tịa thị thành phố Oakland, California 15 Hình 1.10 Tịa thị thành phố San Francisco, California 16 Hình 1.11 Gối cách chấn tịa thị thành phố San Francisco .17 Hình 1.12 Tịa thị thành phố Los Angeles 18 Hình 1.13 Trường kỹ thuật mỏ Mackay, Reno, Nevada .19 Hình 1.14 Marina Apartments, San Francisco, California 20 Hình 1.15 Tịa nhà Hội đồng phúc thẩm Hoa Kỳ, San Francisco, California 20 Hình 1.16 Trung tâm bưu Tây Nhật Bản, Sanda, Nhật Bản 22 Hình 1.17 Viện nghiên cứu cơng nghệ Matsumura-Gumi 23 Hình 1.18 Tổ hợp SIP, Ancona, Italy 24 Hình 1.19 Union House, Auckland, New Zealand 25 Hình 2.1 Sự giảm mơ đun nén Ec miếng cao su hình vịng 33 Hình 2.2 Miếng cao su lớp giữ cứng chịu uốn túy 34 Hình 2.3 Vịng trịn trễ từ thí nghiệm bàn rung cho loại gối FPS 39 Hình 2.4 Tham số vòng tròn trễ cho tốn ví dụ 41 Hình 2.5.Độ cản hiệu dụng hàm cho chuyển vị cho việc chọn độ cứng K1 44 Hình 2.6 Độ cứng cản nhớt cách chấn cao su có độ cản cao .50 Hình 2.7 Các đặc tính hấp thụ lượng cách chấn cao su có độ cản cao 51 v Hình 2.8 Việc chọn tham số mơ hình – K1 K2 54 Hình 2.9 So sánh mơ hình phân tích liệu ghi 56 Hình 2.10 Độ nhạy mơ hình với tần số chất tải 57 Hình 2.11 Ứng xử biến dạng lớn mơ hình 58 Hình 2.12 Trụ cầu hệ bậc tự 59 Hình 2.13 Mơ hình song tuyến JRA2002 59 Hình 2.14 Mơ hình lưu biến Nguyen (2015) 60 Hình 2.15 Gia tốc động đất (a) loại (b) loại 61 Hình 2.16 Quan hệ ứng suất biến dạng cắt đỉnh gối cao su động đất (a) loại (b) loại 63 Hình 2.17 Biến dạng cắt theo thời gian đỉnh gối cao su động đất (a) loại (b) loại 64 Hình 3.1 Mặt tầng điển hình nhà kết cấu khung BTCT 10 tầng 66 Hình 3.2 Gia tốc động đất loại I 67 Hình 3.3 Mơ hình tính tốn 69 Hình 3.4 Định nghĩa hàm lịch sử thời gian 70 Hình 3.5 Giản đồ giá trị 71 Hình 3.6 Định nghĩa trường hợp phân tích 71 Hình 3.7 Khai báo đặc tính gối cao su 72 Hình 3.8 Khai báo hệ số theo phương đứng U1 gối cao su 73 Hình 3.9 Khai báo hệ số theo phương thẳng ngang U2 gối cao su 73 Hình 3.10 Kết so sánh gia tốc đỉnh theo phương Y điểm 34868 mơ hình sử dụng gối cách chấn LRB (4.58 m/s2) không sử dụng gối cách chấn (8.84 m/s2) 78 Hình 3.11 Kết so sánh gia tốc đỉnh theo phương Y điểm 34868 mô hình sử dụng gối cách chấn HDRB (4.68 m/s2) không sử dụng gối cách chấn (8.84 m/s2) 82 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tham số mô hình song tuyến tính 59 Bảng 2.2 Tham số không phụ thuộc tốc độ mơ hình lưu biến .60 Bảng 2.3 Tham số phụ thuộc tốc độ mô hình lưu biến 61 Bảng 3.1 Hệ số vùng Fv (tiêu chuẩn ASCE/SEI 7-10) 75 Bảng 3.2 Bảng 17.5-1 tiêu chuẩn ASCE/SEI 7-10 75 Bảng 3.3 Tham số Razzaq 77 Bảng 3.4 Tham số mơ hình song tuyến tính 77 Bảng 3.5 Lực cắt đáy cơng trình động đất theo phương Y gây 78 Bảng 3.6 Hệ số vùng Fv (tiêu chuẩn ASCE/SEI 7-10) 79 Bảng 3.7 Bảng 17.5-1 tiêu chuẩn ASCE/SEI 7-10 80 Bảng 3.8 Tham số Nguyễn (2017) 82 Bảng 3.9 Tham số mơ hình song tuyến tính 82 Bảng 3.10 Lực cắt đáy công trình động đất theo phương Y gây 82 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Động đất thảm họa khốc liệt thiên nhiên gây tính mạng người, cơng trình xây dựng kinh tế nói chung Trong lịch sử, giới chứng kiến nhiều trận động đất mạnh xảy ra, cướp nhiều nhân mạng, hủy hoại nhiều công trình xây dựng hàng triệu đơla tổn thất kinh tế hàng năm động đất Những thảm họa động đất xảy gần cảnh báo cần quan tâm ý nhiều mặt động đất, vấn đề đặt cho phòng tránh giảm thiểu thiệt hại động đất xảy xây dựng cơng trình Ở Việt Nam, không nằm “vành đai lửa” chấn tâm động đất mạnh giới Nhưng Việt Nam quốc gia nằm khu vực có mối hiểm họa động đất cao Một số khu đô thị lớn nằm đới đứt gãy có khả xảy trận động đất có cấp độ mạnh Hà Nội, nằm đới đứt gãy sông Hồng, sông Chảy, sông Mã, Sơn La dự báo phải chịu đựng chấn động cấp độ theo thang độ Richter Gần đây, dư chấn động đất gây xuất nhiều tỉnh thành, đặc biệt Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh Đà Nẵng, nơi tập trung số lượng lớn nhà cao tầng, cầu lớn nhu cầu xây dựng cơng trình lớn ngày tăng số lượng chiều cao Các loại cơng trình nhạy cảm với gia tốc trận động đất Với thực tế trên, cơng trình xây dựng cần thiết kế kháng chấn Do đó, việc nghiên cứu tìm hiểu chúng cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Kỹ thuật cách chấn đáy nghiên cứu ứng dụng rộng rãi vài thập niên gần Tuy nhiên, ý tưởng kỹ thuật xuất cách 100 năm Trong năm gần đây, việc ứng dụng kỹ thuật cách chấn đáy vào cơng trình chịu động đất trở nên phổ biến nước Mỹ, Nhật, New Zealand,… số nước châu Âu Ở Việt Nam, cách chấn đáy đề cập từ năm 2006 TCXDVN 375:2006 Tuy nhiên nghiên cứu cách chấn đáy hạn chế Với lý trên, đề tài “Ứng dụng gối cao su dạng lớp thiết kế kháng chấn cơng trình xây dựng” đề tài mới, cần thiết nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu đặc tính học đặc trưng số loại gối cách chấn cao su dạng lớp -Tìm hiểu việc mơ hình hóa đặc tính học gối cao su dạng lớp -Tiến hành phân tích động với cơng trình cách chấn sử dụng gối cao su dạng lớp, qua so sánh hiệu cách chấn loại gối cách chấn dạng lớp với với cơng trình khơng cách chấn Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu: Cơng trình xây dựng sử dụng gối cách chấn cao su dạng lớp chịu động đất Nội dung nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu tổng quan phát triển gối cách chấn giới - Nghiên cứu đặc tính học việc mơ hình hóa số dạng gối cách chấn cao su dạng lớp - Phân tích hiệu cách chấn cơng trình xây dựng sử dụng gối cách chấn cao su dạng lớp chịu động đất Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Thu thập thông tin, tài liệu nghiên cứu: Tiêu chuẩn thiết kế cơng trình chịu động đất Việt Nam TCVN 9386:2012, Tiêu chuẩn ASCE/SEI 7-10, báo khoa học, giáo trình, tài liệu tham khảo liên quan đến đề tài nghiên cứu - Phương pháp phân tích phần mềm SAP 2000 - Phương pháp tính tốn, xử lý, tổng hợp số liệu, từ rút kết luận kiến nghị Hình 3.8 Khai báo hệ số theo phương đứng U1 gối cao su Chọn vào mục Modify/Show for U2 để khai báo cách tính chất chuyển vị theo phương ngang: Hình 3.9 Khai báo hệ số theo phương thẳng ngang U2 gối cao su Chọn vào mục Modify/Show for U3 để khai báo cách tính chất chuyển vị theo phương ngang cịn lại tương tự U2 73 3.2 Phân tích kết cấu cơng trình sử dụng gối cách chấn cao su lõi chì 3.2.1 Thiết kế gối cao su lõi chì Gối cao su lõi chì giả thiết đặt chân cột cơng trình bước thiết kế tóm tắt lại phía dưới: Bước 1: Xác định gia tốc ag tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi 𝑎𝑔 = 𝛾1 𝑎𝑔𝑅 (3.1) Trong đó: AgR đỉnh gia tốc tham chiếu loại A, tra theo bảng phụ lục H phần TCVN 9386:2012, agR = 0.0747g γ1 hệ số tầm quan trọng, tra theo bảng phụ lục E phần TCVN 9386:2012, γ1 =1 ag = 1x0.0747g = 0.0747g (3.2) Theo bảng 3.2 TCVN 9386:2012 ta tra tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi với đất loại C : S = 1.15 (hệ số nền) ; TB = 0.20 (s); TC = 0.6 (s); TD = 2.0 (s) Bước 2: Đánh giá phổ gia tốc đàn hồi theo phương nằm ngang chu kỳ giây S1 𝑇𝐶 𝑇𝐶 ≤ 𝑇 ≤ 𝑇𝐷 : 𝑆1 = 𝑆𝑒 (𝑇) = 𝑎𝑔 × 𝑆 × 𝜂 × 2.5 × [ ] 𝑇 (3.3)  hệ số điều chỉnh độ cản =1 với độ cản nhớt kết cấu 5% 𝑆1 = 𝑆𝑒 (𝑇) = 0.0747𝑔 × 1.15 × × 2.5 × [ 0.6 ] = 0.1289𝑔 (3.4) Bước 3: Xác định hệ số vùng Fv theo bảng 11.4-2 tiêu chuẩn ASCE/SEI 7-10 [12] chu kỳ giây 74 Bảng 3.1 Hệ số vùng Fv (tiêu chuẩn ASCE/SEI 7-10) Với loại C phổ gia tốc đàn hồi T = giây S1 = 0.1289g => Fv = 1.67 Bước 4: Tính tốn hệ số động SM1 SD1 theo cơng thức 𝑆𝑀1 = 𝐹𝑣 𝑆1 = 1.67 × 0.1289𝑔 = 0.215𝑔 𝑆𝐷1 = 2 𝑆𝑀1 = × 0.215𝑔 = 0.143𝑔 3 (3.5) (3.6) Bước 5: Tra hệ số BD BM theo hệ số cản nhớt hiệu dụng βD Loại gối cao su lõi chì dùng loại có hệ số cản hiệu dụng βD = 18% Bảng 3.2 Bảng 17.5-1 tiêu chuẩn ASCE/SEI 7-10 Theo bảng 17.5-1 tiêu chuẩn ASCE/SEI 7-10, với D=18%, BD=1.44 Bước 6: Chọn chu kỳ hệ cách chấn giá trị chuyển vị ngang thiết kế TD 3𝑇𝑓 ≤ 𝑇𝑑 ≤ 3(𝑠) (3.7) Tf chu kỳ dao động riêng kết cấu bên với giả thiết có móng cứng, sơ nhà 10 tầng ước tính theo công thức thực nghiệm 0.1n=1.0 (s), nên chọn Td=3(s) Bước 7: Đánh giá độ cứng ngang hiệu dụng gối cách chấn, Keff 75 𝑇𝑑 = 2𝜋√ 𝑊 𝐾𝑑,𝑚𝑖𝑛 (3.8) Trong W tổng tải trọng thẳng đứng thiết kế tĩnh tải hoạt tải gây ra, lấy kết từ phần mềm SAP 2000 ta có W=110427 (kN) 𝐾𝑒𝑓𝑓 𝑊 2𝜋 110427 × 3.14 ( ) = 49326.8(𝑘𝑁/𝑚) = ( ) = 𝑔 𝑇𝑑 9.81 (3.9) Bước 8: Đánh giá chuyển vị ngang thiết kế gối cách chấn, DD 𝐷𝐷 = ( 𝑆𝐷1 𝑇𝑑 0.143 × 9.81 × ) = = 0.074(𝑚) 4𝜋 𝐵𝐷 × 3.142 1.44 (3.10) So sánh với chuyển vị theo phương ngang tính theo TCVN 9386:2012 𝑑𝑔 = 0.025 × 𝑎𝑔 × 𝑆 × 𝑇𝐶 × 𝑇𝐷 = 0.025 × 0.0747×9.81×1.15 × 0.6 × = 0.0253(𝑚) (3.11)  𝐷𝐷 = 0.074(𝑚) Bước 9: Xác định tổng chiều dày yêu cầu lớp cao su (tr) gối theo chuyển vị ngang lớn cho phép gối cách chấn 𝛾= 𝐷𝐷 𝐷𝐷 → 𝑡𝑟 = 𝑡𝑟 𝛾 (3.12) Trong  giá trị biến dạng theo tiêu chuẩn thiết kế JRA2004 cho gối cách chấn lấy 175% → 𝑡𝑟 = 0.074 = 0.0042(𝑚) = 42 𝑚𝑚 1.75 (3.13) Bước 10: Tính tốn tổng diện tích mặt cắt ngang gối A 𝐴= 𝐾𝑒𝑓𝑓 𝑡𝑟 𝐺 (3.14) Trong G=1.2 Mpa cho gối cao su có độ cản cao loại với Razzaq (2012) Keff=49326.8 (N/mm) 𝐴= 49326.8 × 42 = 1726438(𝑚𝑚2 ) 1.2 76 (3.15) Bước 11: Tính diện tích mặt cắt ngang gối cao su Chọn bố trí gối cao su tất chân cột 20 𝐴𝑖 = 1726438 = 86321.9 ≈ 300x300(𝑚𝑚2 ) 20 (3.16) Căn vào bước bước 11, chọn 20 gối cao su có kích thước 300x300 (mm2) tổng chiều dày cao su gối 42 (mm) Bước 12: Xác định tham số mơ hình song tuyến tính Loại cao su nghiên cứu chọn loại tham số mơ hình song tuyến tính xác định từ thí nghiệm hình sin trình bày bảng Các giá trị tham số bảng quy đổi tham số mơ hình song tuyến tính phù hợp với kích thước gối thiết kế phần theo công thức sau: 𝐾1 = 𝐴𝑖 𝐶 𝑡𝑟 (3.17) 𝐾2 = 𝐴𝑖 𝐶 𝑡𝑟 (3.18) 𝑄𝑦 = 𝐴𝑖 𝜏𝑐𝑟 (3.19) Trong đó: K1 độ cứng ban đầu gối cao su mơ hình song tuyến tính; K2 độ cứng chảy dẻo gối cao su mơ hình song tuyến tính; Qy cường độ chảy gối cao su mơ hình song tuyến tính; C1; C2; cr tham số lấy bảng Razzaq (2012) [13] Bảng 3.3 Tham số Razzaq C1 (MPa) C2 (MPa) cr (MPa) 7.500 0.900 0.680 Bảng 3.4 Tham số mơ hình song tuyến tính K1 (N/mm) K2 (N/mm) Qy (N) 16071 1928 61200 3.2.2 Phân tích phản ứng cơng trình sử dụng gối cao su lõi chì 3.2.2.1 Kết gia tốc sàn từ mơ hình phân tích 77 Hình 3.10 Kết so sánh gia tốc đỉnh theo phương Y điểm 34868 mơ hình sử dụng gối cách chấn LRB (4.58 m/s2) không sử dụng gối cách chấn (8.84 m/s2) 3.2.2.2 Kết lực cắt đáy từ mô hình phân tích Bảng 3.5 Lực cắt đáy cơng trình động đất theo phương Y gây F2 KN Ngàm chân cột 61423.8 LRB 14432.4 DD-UY 3.3 Phân tích kết cấu cơng trình sử dụng gối cách chấn cao su có độ cản cao 3.3.1 Thiết kế gối cao su có độ cản cao Gối cao su giả thiết đặt chân cột công trình bước thiết kế tóm tắt lại phía dưới: Bước 1: Xác định gia tốc ag tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi 𝑎𝑔 = 𝛾1 𝑎𝑔𝑅 (3.20) Trong đó: AgR đỉnh gia tốc tham chiếu loại A, tra theo bảng phụ lục H phần TCVN 9386:2012, agR = 0.0747g γ1 hệ số tầm quan trọng, tra theo bảng phụ lục E phần TCVN 9386:2012, γ1 =1 78 ag = 1x0.0747g = 0.0747g (3.21) Theo bảng 3.2 TCVN 9386:2012 ta tra tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi với đất loại C : S = 1.15 (hệ số nền) ; TB = 0.20 (s); TC = 0.6 (s); TD = 2.0 (s) Bước 2: Đánh giá phổ gia tốc đàn hồi theo phương nằm ngang chu kỳ giây S1 𝑇𝐶 𝑇𝐶 ≤ 𝑇 ≤ 𝑇𝐷 : 𝑆1 = 𝑆𝑒 (𝑇) = 𝑎𝑔 𝑆 𝜂 2,5 [ ] 𝑇 (3.22)  hệ số điều chỉnh độ cản =1 với độ cản nhớt kết cấu 5% 𝑆1 = 𝑆𝑒 (𝑇) = 0.0747𝑔 × 1.15 × × 2.5 × [ 0.6 ] = 0.1289𝑔 (3.23) Bước 3: Xác định hệ số vùng Fv theo bảng 11.4-2 tiêu chuẩn ASCE/SEI 7-10 chu kỳ giây Bảng 3.6 Hệ số vùng Fv (tiêu chuẩn ASCE/SEI 7-10) Với loại C phổ gia tốc đàn hồi T = giây S1 = 0.1289g => Fv = 1.67 Bước 4: Tính tốn hệ số động SM1 SD1 theo cơng thức 𝑆𝑀1 = 𝐹𝑣 𝑆1 = 1.67 × 0.1289𝑔 = 0.215𝑔 𝑆𝐷1 = 2 𝑆𝑀1 = × 0.215𝑔 = 0.143𝑔 3 (3.24) (3.25) Bước 5: Tra hệ số BD BM theo hệ số cản nhớt hiệu dụng βD Loại gối cao su có độ cản cao dùng loại có hệ số cản hiệu dụng βD = 25% 79 Bảng 3.7 Bảng 17.5-1 tiêu chuẩn ASCE/SEI 7-10 Theo bảng 17.5-1 tiêu chuẩn ASCE/SEI 7-10, với D=25%, BD=1.6 Bước 6: Chọn chu kỳ hệ cách chấn giá trị chuyển vị ngang thiết kế TD 3𝑇𝑓 ≤ 𝑇𝑑 ≤ 3(𝑠) (3.26) Tf chu kỳ dao động riêng kết cấu bên với giả thiết có móng cứng, sơ nhà 10 tầng ước tính theo cơng thức thực nghiệm 0.1n=1.0 (s), nên chọn Td=3(s) Bước 7: Đánh giá độ cứng ngang hiệu dụng gối cách chấn, Keff 𝑇𝑑 = 2𝜋√ 𝑊 𝐾𝑑,𝑚𝑖𝑛 (3.27) Trong W tổng tải trọng thẳng đứng thiết kế tĩnh tải hoạt tải gây ra, lấy kết từ phần mềm SAP 2000 ta có W=110427 (kN) 𝐾𝑒𝑓𝑓 𝑊 2𝜋 110427 × 3.14 ( ) = 49326(𝑘𝑁/𝑚) = ( ) = 𝑔 𝑇𝑑 9.81 (3.28) Bước 8: Đánh giá chuyển vị ngang thiết kế gối cách chấn, DD 𝑆𝐷1 𝑇𝑑 0.143 × 9.81 × 𝐷𝐷 = ( ) = = 0.067(𝑚) 4𝜋 𝐵𝐷 × 3.142 1.6 (3.29) So sánh với chuyển vị theo phương ngang tính theo TCVN 9386:2012 𝑑𝑔 = 0.025 × 𝑎𝑔 × 𝑆 × 𝑇𝐶 × 𝑇𝐷 = 0.025 × 0.0747×9.81×1.15 × 0.6 × = 0.0253(𝑚) (3.30)  𝐷𝐷 = 0.067(𝑚) Bước 9: Xác định tổng chiều dày yêu cầu lớp cao su (tr) gối theo chuyển vị ngang lớn cho phép gối cách chấn theo công thức (3.9) 80 𝛾= 𝐷𝐷 𝐷𝐷 → 𝑡𝑟 = 𝑡𝑟 𝛾 (3.31) Trong  giá trị biến dạng theo tiêu chuẩn thiết kế JRA2004 cho gối cách chấn lấy 175%  𝑡𝑟 = 0.067/1.75 = 0.038(𝑚) = 38(𝑚𝑚) Bước 10: Tính tốn tổng diện tích mặt cắt ngang gối A 𝐴= 𝐾𝑒𝑓𝑓 𝑡𝑟 𝐺 (3.32) Trong G=1.2 Mpa cho gối cao su có độ cản cao loại với Nguyễn (2015) Keff=49326.8(N/mm) 𝐴= 49326.8 × 38 = 1562015(𝑚𝑚2 ) 1.2 (3.33) Bước 11: Tính diện tích mặt cắt ngang gối cao su Chọn bố trí gối cao su tất chân cột 20 𝐴𝑖 = 1562015 = 78100 ≈ 300 × 300(𝑚𝑚2 ) 20 (3.34) Căn vào bước bước 11, chọn 20 gối cao su có kích thước 300x300 (mm2) tổng chiều dày cao su gối 38 (mm) Bước 12: Xác định tham số mơ hình song tuyến tính Loại cao su nghiên cứu chọn loại tham số mơ hình song tuyến tính xác định từ thí nghiệm hình sin trình bày bảng Các giá trị tham số bảng quy đổi tham số mơ hình song tuyến tính phù hợp với kích thước gối thiết kế phần theo công thức sau: 𝐾1 = 𝐴𝑖 𝐶 𝑡𝑟 (3.35) 𝐾2 = 𝐴𝑖 𝐶 𝑡𝑟 (3.36) 𝑄𝑦 = 𝐴𝑖 𝜏𝑐𝑟 (3.37) Trong đó: K1 độ cứng ban đầu gối cao su mơ hình song tuyến tính; K2 độ cứng chảy dẻo gối cao su mơ hình song tuyến tính; 81 Qy cường độ chảy gối cao su mơ hình song tuyến tính; C1; C2; cr tham số lấy bảng Nguyễn (2017) [14] Bảng 3.8 Tham số Nguyễn (2017) C1 (MPa) C2 (MPa) cr (MPa) 17.29 1.136 1.215 Bảng 3.9 Tham số mơ hình song tuyến tính K1 (N/mm) K2 (N/mm) Qy (N) 40902 2690 109350 3.3.2 Phân tích kết cấu cơng trình sử dụng gối cao su có độ cản cao 3.3.2.1 Kết gia tốc sàn từ mơ hình phân tích Hình 3.11 Kết so sánh gia tốc đỉnh theo phương Y điểm 34868 mơ hình sử dụng gối cách chấn HDRB (4.68 m/s2) không sử dụng gối cách chấn (8.84 m/s2) 3.3.2.2 Kết lực cắt đáy từ mơ hình phân tích Bảng 3.10 Lực cắt đáy cơng trình động đất theo phương Y gây F2 KN Ngàm chân cột 61423.8 HDRB 12916.4 DD-UY 82 3.4 Nhận xét đánh giá Sau chạy phân tích ba mơ hình, ta nhận thấy thành phần gia tốc, kết từ mơ hình phân tích đưa cho thấy gia tốc mơ hình khơng sử dụng cách chấn (8.84 m/s2) lớn mơ hình sử dụng gối cách chấn (LRB 4.58 m/s2; HDRB 4.68 m/s2), khối lượng tham gia vào dao động tương đương Lực cắt đáy cơng trình sử dụng gối cách chấn giảm đáng kể so với công trình sử dụng móng cứng Điều cho thấy thành phần lực ngang tham gia vào giao động sử dụng gối cao su nhỏ hơn, moment lực ngang sinh nhỏ Lúc thiết kế tính tốn khối lượng cốt thép tiết kiệm với phương pháp kết cấu phần thân ngàm cứng với kết cấu phần Từ kết trên, việc thiết kế cơng trình sử dụng cách chấn đáy đem lại lợi thiết kế dụng sau: cơng trình làm việc hạn chế biến dạng (đảm bảo cơng trình khơng xảy phá hủy, đồ đạc vật dụng người đảm bảo an tồn) chịu tải trọng ngang lớn Việc khơng xuất thành phần moment chân cột (moment tầng giảm thành phần lực ngang tham gia dao động nhỏ) giúp cơng trình đảm bảo ổn định khả chịu lực 83 Kết luận chương Chương trình bày hiệu cách chấn cơng trình nhà BTCT sử dụng gối cách chấn cao su lõi chì (LRB) gối cách chấn cao su có độ cản cao (HDRB) so với cơng trình sử dụng móng cứng chịu động đất Các đặc trưng học tính tốn chương mơ hình hóa phần mềm SAP2000 Phân tích cơng trình sử dụng gối cao su lõi chì, gối cao su có độ cản cao so với cơng trình sử dụng móng cứng So sánh ứng xử trường hợp để thấy hiệu việc sử dụng gối cách chấn cơng trình Các kết luận rút từ chương sau: Đỉnh gia tốc sàn lực cắt ngang chân cột cơng trình sử dụng gối cách chấn (LRB, HDRB) giảm đáng kể só với giá trị tương ứng cơng trình sử dụng móng cứng Các kết phân tích cho thấy việc sử dụng gối cách chấn đem lại an toàn cho cơng trình so với khơng sử dụng gối cách chấn 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Gối cách chấn cao su lõi chì (LRB) gối cách chấn cao su có độ cản cao (HDRB) gối đàn hồi đa lớp với cấu tạo lớp cao su thép, sử dụng cơng trình chịu động đất Nghiên cứu trình bày đặc tính học loại gối cách chấn Mơ hình hóa gối cách chấn mơ hình song tuyến tính u cầu Phân tích phản ứng cơng trình sử dụng gối cao su lõi chì, gối cao su có độ cản cao cơng trình sử dụng móng cứng Các kết phân tích cho thấy việc sử dụng gối cách chấn đem lại an tồn cho cơng trình so với khơng sử dụng gối cách chấn Kiến nghị Sử dụng gối cách chấn công trình để cơng trình làm việc hạn chế biến dạng (đảm bảo cơng trình khơng xảy phá hủy, đồ đạc vật dụng người đảm bảo an toàn) chịu tải trọng ngang lớn Tiết kiệm chi phí cốt thép cho chủ đầu tư mà cơng trình đảm bảo ổn định khả chịu lực 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] F Naeim and J M Kelly (1999), Design of seismic isolated structures: From theory to practice [2] UCB-97 (1997), Uniform Building Code, USA [3] Naaseh, S (1995), Seismic Retrofit of San Francisco City Hall: The Role of Masonry and Concrete, Proc 3rd Natl Concrete Masonry Eng Conf., Vol 2, pp 769-795, San Francisco, CA [4] Kelly, J M (1988), Aseismic Base Isolation, Shock Vib Dig., Vol 14, No 5, pp 17-25 [5] TCVN 9386:2012, Thiết kế công trình chịu động đất [6] Lindley, P B (1966), Load-Compression Relationships of Rubber Units, J Strain Anal, Vol 1, No 3, pp 190-195 [7] Lindley, P B (1978), Engineering Design with Natural Rubber, NR Technical Bulletin, Malaysian Rubber Producers Research Association, Brickendonbury, England [8] Malaysian Rubber Producer Research Association (1988), Natural Rubber Science and Technology, A J Roberts, Ed., Oxford University Press, Oxford, Endland [9] Nagarajaiah, S., Reinhorn, A M., and Constantinou, M C (1991), 3D BASISTABS: Computer Program for Nonlinear Dynamic Analysis of Three Dimensional Base Isolated Structures, Report No NCEER-93-0011, National Center for Earthquake Engineering Research, Buffalo, NY [10] Allahabadi, R., and Powell, G H (1988), DRAIN-2DX User Guide, Report No UCB/EERC-88/66, Earthquake Engineering Research Center, Berkeley, CA [11] Kariotis, J C., Waqfi, O M., and Ewing, R D (1992), LPM/II A Computer Program Using Beam Elements for the Nonlinear Dynamic Analysis of Lumped Parameter Models, Report 2.3-5, U.S.-Japan Coordinated Program for Masonry Building Research, Kariotis and Associates, South Pasadena, CA 86 [12] ASCE/SEI 7-10, American Society of Civil Engineers (2013), USA [13] Muhammad Kashif Razzaq (2012), Application of Rheology Modelling to Natural Rubber and Lead Rubber Bearings: A Simplified Model and Low Temperature Behavior [14] Nguyễn Anh Dũng (2017) “Ảnh hưởng việc mơ hình hóa gối cao su có độ cản cao lên tính tốn phản ứng động trụ cầu động đất” Hội nghị học toàn quốc lần thứ X, Hà Nội, 8-9/12/2017, tr 191-197 87 ... tích kết cấu cơng trình sử dụng gối cách chấn cao su có độ cản cao 78 3.3.1 Thiết kế gối cao su có độ cản cao 78 3.3.2 Phân tích kết cấu cơng trình sử dụng gối cao su có độ cản cao ... tài ? ?Ứng dụng gối cao su dạng lớp thiết kế kháng chấn cơng trình xây dựng? ?? đề tài mới, cần thiết nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu đặc tính học đặc trưng số loại gối cách chấn cao su dạng. .. triển gối cách chấn giới - Nghiên cứu đặc tính học việc mơ hình hóa số dạng gối cách chấn cao su dạng lớp - Phân tích hiệu cách chấn cơng trình xây dựng sử dụng gối cách chấn cao su dạng lớp chịu