Mô phỏng tải trọng động đất để phân tích động lực học kết cấu

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐÀO ĐÌNH NHÂN MÔ PHỎNG TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT ĐỂ PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC KẾT CẤU Chuyên ngành: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Mã số ngành: 23.04.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2005 ii CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Đỗ Kiến Quốc, (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi roõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm iii TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày .tháng năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐÀO ĐÌNH NHÂN Phái: nam Ngày, tháng, năm sinh: 10/11/1979 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp MSHV: XDDD13.015 I TÊN ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT ĐỂ PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC KẾT CẤU II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: Mô loại tải trọng ngẫu nhiên tải trọng động đất, từ phân tích động lực học kết cấu cụ thể Nội dung chính: Viết chương trình máy tính dùng để mô gia tốc nền; mô gia tốc cho số địa điểm; phân tích kết cấu chịu tác dụng băng gia tốc mô III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/01/2005 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/6/2005 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS ĐỖ KIẾN QUỐC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm KHOA QUẢN LÝ NGÀNH iv LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Đỗ Kiến Quốc, người hướng dẫn thực luận văn Thầy người tận tình dìu dắt, giúp đỡ suốt thời gian qua, kể từ sinh viên đại học Thầy hướng vào lónh vực nghiên cứu học đầy hấp dẫn mặt dù có không khó khăn Tôi xin tỏ lòng biết ơn đến tất thầy cô tham gia giảng dạy lớp cao học ngành Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp khoá 14 Các thầy cô trang bị cho kiến thức quý báu, bước hướng dẫn vào đường nghiên cứu khoa học Không có giúp đỡ thầy cô, chắn có kiến thức ngày hôm Tôi kính gởi lời tri ân đến TS Hoàng Nam, Khoa Kỹ thuật Xây dựng Đại học Bách khoa TP.HCM; GS Nguyễn Đình Xuyên, nguyên Viện trưởng viện Vật lý Địa cầu; GS Cao Đình Triều, Viện Vật lý Địa cầu; PGS David M Boore, U.S Geological Survey, người có nhiều đóng góp việc phát triển phương pháp mô chuyển động theo mô hình ngẫu nhiên Họ nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp tài liệu giải đáp thắc mắc kể từ lúc hình thành hoàn thành đề tài Đặc biệt Boore, người chưa gặp mặt, cách nửa vòng trái đất luôn nhiệt tình giải thích thoả đáng thắc mắc Nhân hội xin gửi lời cám ơn đến đồng nghiệp khoa Xây dựng, Đại học Kiến trúc TP.HCM; học viên cao học khoá 14; bạn bè xa gần động viên, khuyến khích giúp đỡ hoàn thành chương trình Thạc só Và chắn không quên công ơn Ba Má, Gia Đình, Người Thân luôn động viên, khuyến khích giúp đỡ bước Luận văn hoàn tất tốt đẹp thiếu động viên, khuyến khích giúp đỡ họ, bạn đời tôi, cô Vũ Thị Cẩm Uyên v Tóm tắt MÔ PHỎNG TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT ĐỂ PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC KẾT CẤU Trong luận văn này, trước hết tác giả trình bày phương pháp mô chuyển động phương pháp mô theo mô hình ngẫu nhiên Trên sở chương trình máy tính phục vụ cho việc mô gia tốc lập trình Dựa vào chương trình viết, thực mô gia tốc cho hai khu vực có nhiều khả xảy động đất Việt Nam thị xã Điện Biên, tỉnh Lai Châu thị xã Lào Cai, tỉnh Lào Cai Sự phù hợp tốt tham số mô kiểm chứng thông qua việc đối chiếu băng gia tốc mô với băng gia tốc ghi từ trận động đất Điện Biên xảy ngày 19/02/2001 Phần cuối đề tài tiến hành phân tích phản ứng kết cấu chịu tác dụng băng gia tốc mô Kết phản ứng biểu diễn dạng biểu đồ tần suất tích luỹ Abstract SIMULATION OF GROUND MOTION FOR ANALYSYS OF SEISMIC RESPONSE OF STRUCTURES In this thesis, the shtochastic method that is used for simulating artificial ground motion was mentioned Accordingly, the author developed a program to generate the artificial accelerograms Based on this program, the artificial accelerograms for areas in Vietnam (Dien Bien town of Lai Chau province and Lao Cai town of Lao Cai vi province) where earthquakes can happen very often were simulated The parameters used for simulating such accelerograms was proven to be credible by comparing these simulated accelerograms with the one recorded from Dien Bien earthquake occured on 19 Feb 2001 In the final part of the thesis, the seismic response of a structure that was impacted by the simulated ground motions was analysed The results are shown in the form of cumulative distribution diagrams ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình vẽ Trang Hình 2.1 Hàm ngẫu nhiên Hình 2.2 Chuỗi rời rạc thời gian Hình 2.3 Chuỗi rời rạc thời gian có chu kỳ 10 Hình 2.4 Biến chuỗi không tuần hoàn thành chuỗi tuần hoàn 11 chu kỳ N → ∞ Hình 2.5 Sự tuần hoàn hệ số Fourier tính toán theo DFT 12 Hình 2.6 Sự giả phổ (aliasing) 13 Hình 2.7 Quan hệ khoảng cách đến chấn tiêu R khoảng 22 thời gian kéo dài động đất TR Hình 2.8 Hàm bao băng gia tốc ω (t ) 23 Hình 2.9 Lưu đồ giải thuật mô gia tốc 25 Hình 2.10 Minh hoạ bước mô gia tốc 26 Hình 3.1 Đứt gãy Lai Châu – Điện Biên 32 Hình 3.2 Phạm vi hoạt động đới đứt gãy Sông Hồng 33 Hình 3.3 Đối chiếu băng gia tốc mô với băng gia tốc Điện 35 Biên (19/02/2001) để kiểm tra phù hợp tham số đầu vào x Hình 3.4 Phổ biên độ Fourier đích dùng để mô gia tốc 37 vị trí khác ứng với cường độ động đất M=5 Hình 3.5 Một số băng gia tốc mô ứng với M=5, R=10km 38 Hình 3.6 Phổ biên độ số băng gia tốc mô 39 ứng với M=5, R=10km Hình 3.7 Một số băng gia tốc mô ứng với M=5, R=15km 40 Hình 3.8 Phổ biên độ số băng gia tốc mô 41 ứng với M=5, R=15km Hình 3.9 Một số băng gia tốc mô ứng với M=5, R=20km 42 Hình 3.10 Phổ biên độ số băng gia tốc mô 43 ứng với M=5, R=20km Hình 3.11 Một số băng gia tốc mô ứng với M=5, R=50km 44 Hình 3.12 Phổ biên độ số băng gia tốc mô 45 ứng với M=5, R=50km Hình 3.13 Đồ thị phân phối tần suất tần suất tích luỹ gia tốc đỉnh 46 địa điểm có R=10km, M=5 xây dựng từ 1000 băng gia tốc mô Hình 3.14 Đồ thị phân phối tần suất tần suất tích luỹ gia tốc đỉnh địa điểm có R=15km, M=5 xây dựng từ 1000 băng gia tốc mô 46 xi Hình 3.15 Đồ thị phân phối tần suất tần suất tích luỹ gia tốc đỉnh 47 địa điểm có R=15km, M=5 xây dựng từ 1000 băng gia tốc mô Hình 3.16 Phổ phản ứng vận tốc giả trung bình 48 1000 băng gia tốc mô ứng với M=5, R=10km Hình 3.17 Phổ phản ứng vận tốc giả lớn 48 1000 băng gia tốc mô ứng với M=5, R=10km Hình 3.18 Phổ phản ứng vận tốc giả trung bình 49 1000 băng gia tốc mô ứng với M=5, R=15km Hình 3.19 Phổ phản ứng vận tốc giả lớn 49 1000 băng gia tốc mô ứng với M=5, R=15km Hình 3.20 Phổ phản ứng vận tốc giả trung bình 50 1000 băng gia tốc mô ứng với M=5, R=20km Hình 3.21 Phổ phản ứng vận tốc giả lớn 50 1000 băng gia tốc mô ứng với M=5, R=20km Hình 4.1 Mặt lưới cột trung tâm thương mại cửa 53 quốc tế Lào Cai Hình 4.2 Mô hình kết cấu dùng để phân tích 53 Hình 4.3 Lực dọc chân cột G4 theo thời gian 55 kết cấu chịu tác dụng băng gia tốc khác xii Hình 4.4 Mô men uốn chân cột G4 theo thời gian 55 kết cấu chịu tác dụng băng gia tốc khác Hình 4.5 Gia tốc theo phương dao động đỉnh cột G4 theo thời 55 gian kết cấu chịu tác dụng băng gia tốc khác Hình 4.6 Đồ thị phân phối tần suất tần suất tích luỹ 57 lực nén đỉnh chân cột D5 Hình 4.7 Đồ thị phân phối tần suất tần suất tích luỹ 57 lực kéo đỉnh chân cột D5 Hình 4.8 Đồ thị phân phối tần suất tần suất tích luỹ 58 mô men đỉnh căng thớ chân cột D5 Hình 4.9 Đồ thị phân phối tần suất tần suất tích luỹ 58 mô men đỉnh căng thớ chân cột D5 Hình 4.10 Đồ thị phân phối tần suất tần suất tích luỹ 59 lực nén đỉnh chân cột D7 Hình 4.11 Đồ thị phân phối tần suất tần suất tích luỹ 59 lực kéo đỉnh chân cột D7 Hình 4.12 Đồ thị phân phối tần suất tần suất tích luỹ 60 mô men đỉnh căng thớ chân cột D7 Hình 4.13 Đồ thị phân phối tần suất tần suất tích luỹ mô men đỉnh căng thớ chân cột D7 60 76 else A=[A(1) 2*A(2:N/2) A(N/2+1)]; end %Calculate target FAS for i=1:length(f) Y(i)=FAS_AS00(M,R,f(i)); end %Plot FAS of accelerogram figure(5) loglog(f,abs(Y)); hold on; loglog(f,abs(A)); Module FAS_AS00 %===================================================================== %===================================================================== %Fourier Amplitude of Ground Acceleration using Atkinson - Silva model %===================================================================== %===================================================================== function FAS_AS00=FAS_AS00(M,R,f) if f==0 f=10^(-30); end %===================================================================== %AS00 model parameter %===================================================================== ro_s=2.7; %(g/cm3) beta_s=3.5; %(km/sec) V=0.707; R_tetaphi=0.55; F=2; R0=1; %(km) fmax=100; %(Hz) Kapa=0.035; M0=10^(3/2*(10.7+M)); CQ=beta_s; %(km/sec) %===================================================================== %Source function %===================================================================== fa=10^(2.181-0.496*M); fb=10^(2.41-0.408*M); 77 eps=10^(0.605-0.255*M); S=(1-eps)/(1+(f/fa)^2)+eps/(1+(f/fb)^2); C=R_tetaphi*V*F/(4*pi*ro_s*beta_s^3*R0)*10^(-20); E=C*M0*S; %===================================================================== %Path function %===================================================================== if R