(BTCT) được sử dụng rộng rãi trong nước ta, cả trong kết cấu cầu đường và kết cấu nhà cao tầng, dân dụng. Do đó việc nghiên cứu sự làm việc của cầu BTCT khi chịu những tải trọng đặc biệt rất đáng được quan tâm, đặc biệt là tải trọng động đất. Những nghiên cứu trước đây đã cho thấy rằng sự tương tác giữa đất nền –kết cấu có thể ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của bộ phận trong cầu và từ đó ảnh hưởng đến sự làm việc của cầu. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng của sự tương tác đất nền – kết cấu phụ thuộc lớn vào đặc tính vật liệu, sự liên kết của kết cấu hạ bộ (bao gồm mố và trụ), đặc tính của đất nền, do đó sự ảnh hưởng vẫn còn là một ẩn số. Do đó nhóm tác giả tập trung vào nghiên cứu sự ảnh hưởngcủa tương tác đất nền - kết cấu trong phân tích đường cong phá hủy của cầu bê tông cốt thép khi chịu tải trọng rung chấn do động đất, khi xét đến sự tương tác giữa cọc-đất nền và mố - đất đắp sau mố. Phần mềm phân tích phi tuyến Opensees được ứng dụng để mô phỏng số kết cấu cầu bê tông cốt thép bằng phương pháp phần tử hữu hạn 3 chiều, trong đó phần từ p-y, t-z và q-z được thiết lập để mô phỏng sự làm việc của đất nền – kết cấu. Từ các chuyển vị đỉnh tại mố và trụ từ phân tích phần mềm Opensees, tính toán được độ lệch chuẩn của từng bộ phận kết cấu trong cầu, từ đó xây dựng đường cong phá hủy của cầu chịu tải trọng động đất.
Từ khóa– Bê tông cốt thép (BTCT); Tương tác đất nền – kết cấu; Đường cong phá hủy, Tải trọng động đất; Phần từ hữu hạn (PTHH).
Abstract- Currently, the application of reinforced concrete (RC) bridges is very popular in our country, either in house, bridge structures. As a result, the analysis of working capacity of RC bridges under the special loads is worthy of attention, especially under the earthquake load (EQ). The past earthquake studies have showed that the soil-structure interaction (SSI) can impact significantly on the dynamic performance of reinforced concrete bridge components and therefore affect the seismic response of bridges. However, the soil-structure effects depending inherently on material characteristics, the substructure including abutments, piers and pile, soil properties are still uncertainty. Therefore, this paper focuses on the effects of soil – structure interaction (SSI) in seismic fragility analysis of RC bridges under the EQ considering the soil – pile and abutment – embankment interaction. The Opensees analysis platform is employed to promote the three-dimensional finite element model of the instance bridge, in which p-y, t-z and q-z elements are installed at the structure nodes to simulate the interaction between the bridge piles and surrounding soils, the abutment and embankment. The standard deviation of each components is estimated based on the results, which are derived from the numerical simulation on the Opensees, including the displacement at the control point of abutments and piers, and hence the seismic fragility curves are generated based on the ground motion acceleration conressponding to the max deformation at the control points.
Key words -Reinforced concrete (RC) bridge; Soil-
structure interaction (SSI); Fragility curves (FC); Earthquake Load (EQ); Finite Element Method (FEM).
1.Đặt vấn đề
Những nghiên cứu trước đây về động đất đã chỉ ra rằng sự ảnh hưởng khi xét đến sự tương tác đất nền –kết cấu có thể làm thay đổi khả năng làm việc của các bộ phận của cầu BTCT chịu tải trọng rung chấn, do đó ảnh hưởng đến khả năng làm việc của cầu. Mặc dù sự ảnh hưởng của sự tương tác đất nền – kết cấu đã được cộng đồng khoa học trên toàn thế giới quan tâm, nghiên cứu từ lâu trong nghiên cứu khả năng làm việc của cầu, sự ảnh hưởng của tương tác đất nền vẫn còn khá mơ hồ khi tính toán sức chịu tải của cầu chịu tải trọng động đất. Sự ảnh hưởng của tương tác đất nền đối với khả năng chịu tải của cầu phụ thuộc nhiều vào các thông số của cầu như là tính chất của các kết cấu hạ và thượng bộ cũng như là giá trị của tần số riêng của hệ kết cấu và độ lớn của gia tốcđỉnh
gây ra do tải trọng động đất.
Những dạng khác nhau của sự tương tác đất nền –kết cấu cần thiết để xem xét khi phân tích rung chấn của cầu, cụ thể là sự tương tác của móng –đất nền và mố - đất đắp sau mố. Phụ thuộc vào những loại kết cấu BTCT, sự tương các giữa cọc – đất nền ở móng nông cũng như móng cọc có thể được mô phỏng theo nhiều cách khác nhau, tuy nhiên cách tiếp cận đơn giản nhất có thể được áp dụng cho 2 loại móng trên được mô phỏng bằng các phần từ p-y, t-z, q-z biểu thị cho độ cứng của cọc và đất nền.
Đường cong phá hủy chịu tải trọng rung chấn có thể được xây dựng theo kinh nghiệm, sử dụng những dữ liệu cầu bị phá hủy trong những dữ liệu ghi chép những trận