III. GIẢI PHÁP HẠN CHẾ HẬU QUẢ CỦA ĐỘNG ĐẤT.
2.Giải pháp kháng chấn cho nhà và công trình ở Việt Nam 1 Thiết kế các công trình xây dựng nhà thấp tầng và cao tầng.
2.1 Thiết kế các công trình xây dựng nhà thấp tầng và cao tầng.
Bài học rút ra từ thực tế quan sát mức độ phá hoại của động đất mạnh đối với công trình xây dựng là:
- Các nhà gỗ truyền thống ở Nhật, Mĩ… Việt Nam với kết cấu có cột đỡ vững chắc, xà ngang, gằng ngang và chéo cùng với tường ngăn cách bằng gỗ và có mái lợp ngói nặng là những ngôi nhà chịu tác động của động đất rất tốt.
- Các nhà bằng gạch với tường chịu lực, có số tầng không nhiều, thi công với chất lượng tốt, được gia cố bằng các cấu kiện bê tông cốt thép chịu lực theo phương đứng và ngang có khả năng chịu được các chấn động địa chấn mạnh.
- Các nhà bê tông cao tầng có áp dụng các biện pháp gia tăng khả năng kháng chấn là những ngôi nhà bền vững với các trận đông đất mạnh.
Ngược lại, nếu không áp dụng biện pháp kháng chấn hoặc áp dụng các biện pháp kháng chấn không đầy đủ thì sẽ bi phá hoại nhiều hoặc ít kể cả khi xảy ra động đát không mạnh. Lý do chủ yếu gây nên các phá hoại đó là: bản thân vật liệu thuộc loại dòn, bị giảm cường độ rất nghiêm trọng khi chịu tải trọng lắp ráp; trọng lượng riêng lớn; độ cứng lớn dẫn đến việc phản ứng địa chấn cao; và sự biến động lớn về cường độ phụ thuộc vào chất lượng thi công.
Vai trò đặc biệt quan trọng trong việc bảo đảm khả năng kháng chấn cho nhà gạch là chất lượng của khối xây và tôn trọng các biện pháp đảm bảo sự dính kết tốt giữa gạch và vữa xây. Cần phải chú ý tới sự phân bố các tấm tường chịu lực trong mặt bằng khi thiết kế và xây dựng nhà có tường chịu lực. Các giải pháp không thích hợp như các dạng mặt bằng và mặt đứng phức tạp, các bức tường gấp khúc,…, phân bố không đều và không cân đối xứng độ cứng cũng như tải trọng trong mặt bằng cũng như trên chiều cao
đều có ảnh hưởng không lợi đối với sự làm việc của tường chịu tải nói riêng và của toàn bộ nhà nói chung khi xảy ra động đất.
Thông thường các công trình bằng gạch đá có độ cứng cao và trọng lượng lớn lên chu kỳ dao động ngắn. Các công trình loại này có tính kháng chấn kém nên dễ bị sup đổ khi động đất. Trong khi đó các công trình loại này, nếu có thiết kế theo đúng quy định thì lại bị hư hỏng không đáng kể trong các trận động đất mạnh. Như vậy, cũng như các loại kết cấu khác, chúng ta có thể xây dựng được các công trình gạch đá một cách kinh tế nếu tạo ra sự phân tán năng lượng thông qua biến dạng dẻo ở khối xây. Đó chính là việc kết hợp hiệu quả khối xây với cốt thép và các chi tiết cấu tạo hợp lý. Một số nguyên tắc quan trọng cần tuân thủ khi thiết kế các công trình bằng
- Công trình phải được thiết kế dưới dạng hộp kín, không dùng các tường dài hoặc cao;
- Công trình phải được bố trí khe kháng chấn. Khi xảy ra động đất mặt đất bị biến dạng kèm theo chuyển động ngang trên toàn bộ chiều dài của nhà. Để giảm thiểu việc truyền sóng trên chiều dài nhà và tránh sự phát sinh lực tập trung do các khối nhà dao động với gia tốc khác nhau đòi hỏi phải thiết kế khe kháng chấn. Việc bố trí khe kháng chấn phụ thuộc vào chiều dài nhà, mặt bằng bố trí của khối nhà, chiêu cao khác nhau giữa các khối và phụ thuộc vào cấp kháng chấn được thiết kế. Khe kháng chấn khi thiết kế phải được đảm bảo các yêu cầu: chia chiều dài nhà thành từng đoạn, với động đất có cường độ chấn động cấp 7-8 chiều dài từng đoạn không vượt quá 60m; chia các phần nhà có độ cao thấp khác nhau thành các khối riêng biệt; chia các mặt bằng phức tạp thành các mặt bằng đơn giản, bề rộng khe kháng chấn phụ thuộc vào cấp kháng chấn thiết kế, bề rộng tăng dần theo chiều cao nhà, trong 5m chiều cao đầu tiên khe kháng chấn không nhỏ hơn 30m, khi chiều cao tăng, bề rộng khe kháng chấn cần phải tăng theo tỷ lệ 20mm/5m chiều cao.
- Các lỗ cửa sổ phải hạn chế đến mức tối đa và chiều dài toàn bộ các bức tường phải càng dài càng tốt ở cả hai phương. Tiêu chuẩn kháng chấn của Nhật (AJJ Code) đưa ra khái niệm về hệ số tường như là tỷ số giữa chiều dài toàn bộ tường và diện tích sàn trong mỗi phương. Hệ số đó trong mỗi phương là không nhỏ hơn 1mm/m2 trung bình cho cả nhà và 210mm/m2 cho ba tầng trên cùng. Hệ số hình dáng của tường và các mảng tường ( chiều cao/ chiều rộng) càng nhỏ càng tốt.
- Các giằng bê tông cốt thép cần phải đặt ở đỉnh của tất cả các tường hoặc ở mỗi cao trình sàn và mái. Các dầm giắng này có tác dụng ngăn cản sự phá hoại ngoài mặt phẳng của tường.
- Các lỗ cửa của tường và các bức tường chịu cắt không được bố trí ở các vị trí lệch tâm trong mặt bằng nhà. Sự lệch nhau giữa trọng tâm và tâm cứng của nhà sẽ tạo ra moonen xoắn do đó cần phải hạn chế tối đa sự hceenh lệch này.
- Các bức tường ở tầng trên phải được đặt trực tiếp lên đỉnh của các bức tường ở tầng dưới.
- Phải bố trí cốt thép chịu cắt trong khối xây để tăng khả năng biến dạng dẻo của tường.
- Liên kết giữa sàn với tường hoặc tường với tường cần phải cần phải có cốt thép. Chỗ lien kết này sau đó phải đổ bê tông hoặc vữa để bảo đảm tính liền khối của chúng.
- Các khối xây cao và mảnh như ống khói cần dược thiết kế với tải trọng địa chấn lớn.
- Hệ thống móng phải liên tục và cứng.
Ngoài việc, tính toán các công trình bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn hiện hành, công tác cấu tạo bê tông cốt thép theo quan niệm tính toán dẻo đóng vai trò quan trọng trong việc làm tăng khả năng phân tán năng lượng của công trình do đó tăng khả năng kháng chấn, đồng thời giảm đáng kể chi
phí xây dựng. Vì vậy cần tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu cấu tạo trong việc thiết kế và thi công các công trình bê tông cốt thép trong vùng động đất
2.2 Thiết kế công trình giao thông
Các công trình giao thông như đường bộ, đường sắt khi xây dựng trong vùng có động đất phá hoại cần được chú trọng về đặc điểm biến dạng nền đất như: đới đứt gãy hoạt động, hiện tượng trượt lở đất, nứt đất, làm ảnh hưởng tới tính bền vững của công trình. Các đặc điểm này và những lưu ý cần thiết đã được đề cập trong các chương trình trước đây.
Việc thiết kế xây dựng cầu trong vùng động đất là vấn đề cần thiết nhất nhằm đảm bảo hoạt động liên tục của hệ thống giao thông trong khi sự cố động đất xảy ra. Vì vậy trong khuôn khổ phần này đặc biệt nhấn mạnh một số nội dung tính toán kháng chấn cho cầu nhằm chịu tải được tác động của động đất. Theo các tính toán của Viện Vật lý Địa cầu thì cường độ chấn động động đất mạnh nhất ở Việt Nam là nằm trong giới hạn cấp 6-9 theo thang MSK-64. Việc thiết kế cầu ở nước ta nhất thiết phải được kháng chấn. Các cầu không có kết cấu phức tạp thì thông thường người ta sử dụng tiêu chuẩn kháng chấn Việt Nam, tiêu chuẩn ngành “công trình giao thông trong vùng động đất 22TCN221-95”. Trong khi đó đối với các cầu có kết cấu hiện đại thì các chuyên gia Việt Nam thường sử dụng quy phạm AASHTO LRFD 1998.
Bài toán tính toán cầu có kết cấu hiện đại là một bài toán khó, đặc biệt là đối với cầu treo và cầu dây văng. Các phương pháp tính toán là dựa trên các phương pháp phân tích động lực học dao động của kết cấu.
Biện pháp chống động đất cho công trình cầu trong vùng hoạt động động đất mạnh gồm:
1. Chọn kết cấu cầu phù hợp có khả năng chống động đất cao; 2. Sử dụng các kết cấu giảm chấn đặc biệt như gối giảm chấn;
3. Sử dụng gối cầu bán cố định “semi-fixed” bố trí trên nhiều trụ có tác dụng phân đều lực động đất từ kết cấu phần trên xuống các trụ này. Cách
thức này cũng giảm được lực ngang do tác động của co ngót do biến đổi và thay đổi nhiệt độ.
Các cầu cố kết cấu giản đơn không yêu cầu phân tích động đất. Đối với cầu nhiều nhịp và có kết cấu phức tạp và với mức độ quan trọng khác nhau thì yêu cầu phải tính toán phân tích động đất. Có nhiều phương pháp phân tích động đất như: SM (phương pháp phân tích đơn phổ dao động); UL (phương pháp tải trọng rải đều); MM (phương pháp phân tích đa phổ dao động); và TH (phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian). Đâycác phương pháp mà các chuyên gia cầu tính toán theo các nguyên lý khoa học mà chúng ta có thể tìm đọc chi tiết trong các công trình công bố của: Edward L.Wilson, 1996; Phillip L. Gould and Salman H. Abu Sitta, 1980; hay theo hướng dẫn Tiêu chuẩn ngành “Công trình giao thông trong vùng động đất 22TCN221-95” và quy phạm AASHTO LRFD 1996.
2.3 Xử lý trong tính toán thiết kế các công trình thủy lợi và thủy điện. Với công trình thủy điện và thủy lợi, theo tiêu những thông tin ghi nhận được thì các dạng hư hỏng chủ yếu đối với đập ngăn nước: đối với đập đất là nứt nẻ bề mặt hoặc trượt mái; với bê tông trọng lực là gãy trụ hoặc máng dẫn; vv… So với công trình xây dựng dân dụng khác thì mức độ phá hoại do động đất gây ra đối với công trình thủy điện và thủy lợi là rất ít. Điều này cũng lý giải cho tầm quan trọng của đập thủy điện, thủy lợi cũng như hậu quả to lớn của việc các đập ngăn nước bị vỡ. Và do vậy mức độ đòi hỏi sự an toàn đập trong tính toán xây dựng là rất cao. Động đất ở Đài Loan năm 1999 đã làm hư hại 2 công trình ngăn nước trong khi hầu như các nhà cao tầng bị hư hại nặng. Các động đất ở Tây Bắc tuy có gây thiệt hại tương đối lớn về nhà cửa song cũng chưa gây thiệt hại gì cho các công trình thủy điện, thủy lợi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Động đất kích thích do xây dựng hồ chứa Tây Bắc Việt Nam cũng có quan sát thấy sau khi tích nước thủy điện Hòa Bình. Song động đất quan sát thấy lớn nhất là năm 1989 với Magnitude 3,9 độ Richter.
Khi động đất xảy ra, áp lực của nước tác dụng lên bề mặt công trình tăng lên. Khác với lực nước tĩnh phân bố theo quy luật đường thẳng, áp lực nước tăng thêm do tác động của động đất phân bố theo dạng một đường.
Dưới tác động của động đất, áp lực đất chủ động ăng lên trong khi áp lực đất bị động lại giảm. Áp lực đất gây ra do động đất giảm dần theo chiều sâu.
Về bản chất thì việc tính toán lực quán tính sinh ra do động đất đối với công trình đập chứa nước cũng không khác so với các công trình xây dựng khác. Đối với đập nước chỉ cần để ý đến ảnh hưởng của khối lượng nước cùng giao động với đập. Do sự tham gia của khối lượng nước trước đập nên chu kì dao động ứng với các tần số cơ bản có thể tăng đến 30 %, lực quán tính sinh ra do động đất cũng thay đổi. Ngoài lực quán tính theo phương nằm ngang, trong 1 số tính toán người ta cũng phải để ý tới thành phần lực quán tính theo chiều thẳng đứng.