1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Phương pháp Top Base được sử dụng lần đầu tiên tại Nhật Bản vào những năm 80 của thế kỷ XX. Tuy nhiên, trong thời gian đó phương pháp này chưa được quan tâm nghiên cứu và phát triển.
Sau những trận động đất lớn ở Chibahien vào năm 1987 (Hình 1.9), người Nhật mới nhận thấy sự bền vững của những công trình được gia cố nền bằng phương pháp Top Base. Từ đó họ bắt đầu tập trung nghiên cứu và phát triển chúng. Nhờ vậy, ngày nay phương pháp này trở nên phổ biến trên toàn thế giới.
Tổng quan 9
Hình 1.9. Hình ảnh những trận động đất ở Chibahien, Nhật Bản.
Ban đầu, người Nhật chế tạo hàng loạt những Top block bằng bê tông trong nhà máy, sau đó vận chuyển đến công trường để thi công. Tuy nhiên, mỗi Top block nặng khoảng 75kg nên công việc vận chuyển gặp nhiều khó khăn và đòi hỏi những thiết bị thi công lớn.
Do những ưu việt của phương pháp Top Base, các kỹ sư Hàn Quốc sau đó cũng đã tham gia nghiên cứu, ứng dụng và cải tiến mạnh mẽ công nghệ này. Thay vì đúc
sẵn tại nhà máy, các Top block được đổ ngay tại công trường bằng các khuôn nhựa đƣợc làm từ rác thải tái chế. Những cải tiến này đã góp phần làm giảm giá thành cũng nhƣ thời gian thi công, đồng thời xử lý đƣợc một phần chất thải rắn khó phân hủy.
H.Nagase và cộng sự (1992) [2] đã tiến hành thí nghiệm bàn rung để nghiên cứu độ lún của móng có gia cường nền bằng Top block khi nền cát dưới đáy móng bị hóa lỏng. Thí nghiệm bàn rung còn đƣợc thực hiện với các loại móng có hình dáng khác nhau nhƣ hình chữ T, hình cone, hình Top-shaped để khảo sát hiệu ứng giảm độ lún. Kết quả chỉ ra rằng, độ lún của móng sử dụng khối bê tông hình Top-shaped
Tổng quan 10
là nhỏ nhất, và là loại móng hữu hiệu nhất trong việc kiểm soát độ lún trong cát rời khi động đất xảy ra. Arai và cộng sự (2008) [3], Kim và cộng sự (2008) [4] đã tiến hành nhiều thí nghiệm để xác định khả năng chịu tải và độ lún của phương pháp Top Base. Họ còn nghiên cứu về hiệu quả của sự thay đổi kích thước khối móng, hiệu ứng khi các khối liên kết với nhau, trong các lớp đất khác nhau, ... từ đó đƣa ra các phương pháp thực hành thiết kế và ứng dụng của Top Base.
Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu nhận ra rằng đất nền và kết cấu bên trên đƣợc xem như một hệ khi phân tích động (Qiang (2008) [5]). Lý thuyết về ảnh hưởng của SSI bắt đầu từ Eric Reissner (1936) [6], khi xem xét ứng xử của móng tròn trên nền đàn hồi chịu tác dụng của tải điều hòa theo phương đứng. Vào những thập niên 1950 và 1960, vấn đề tương tác động giữa kết cấu và đất nền (Dynamic Soil-
Structure Interaction, viết tắt là DSSI) đã thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà
khoa học nhƣ Quinlan (1953) [7], Sung (1953) [8], Thomson và Kobori (1963) [9], ...v.v. Tương tác động (Kinematic interaction) lần đầu tiên được xem xét bởi
Housner (1957) [10], bằng cách quan sát sự gián đoạn của sóng truyền trong lòng đất. Các tác giả đã nhận thấy rằng, độ cứng của móng sẽ làm những bước sóng nhỏ hơn kích thước móng bị cản trở và tạo ra tương tác giữa móng và đất nền. Newmark (1969) [11] đã xem xét ứng xử xoắn của những kết cấu không đối xứng và nhận
thấy rằng sóng bị trễ khi truyền từ bên này sang bên kia của móng và gọi là hiệu ứng
(Tau effect), hiệu ứng này cũng được gọi là tương tác động. Robert Scanlan (1976) [12] và sau đó Iguchi (1982) [13] đã đƣa ra công thức xấp xỉ để xác định độ cứng của móng theo độ chôn sâu. Veletsos và Wei (1972) [14], Luco và Westmann
(1972) [15] đã cung cấp lời giải chính xác cho bài toán móng tròn đặt trên nền bán không gian đàn hồi chịu tác dụng của tải động, với các tần số và hệ số Poisson khác nhau trong khoảng rộng. Lời giải này sau đó đã đƣợc ứng dụng và bổ sung để phù hợp với yêu cầu xây dựng nhà máy điện hạt nhân và các công trình ngoài khơi. Một số tác giả đã đánh giá đặc trưng động của đất để xem xét ảnh hưởng của DSSI như Hardin và Richart, Teaghi và Peck, Seed và Idriss, Ohsaki và Iwasaki, Hardin và Drnevich trong Chowdhury (2009) [16]; Kausel (2010) [17].
Tổng quan 11
Những năm gần đây, việc xem xét ảnh hưởng của DSSI đến ứng xử động của kết cấu bằng thí nghiệm bàn rung (Shaking-table tests) cũng bắt đầu đƣợc thực hiện.
(Qiang, (2008) [5]) đã sử dụng phương pháp phân tích cùng lúc cả kết cấu bên trên và miền đất nền hữu hạn bên dưới. Các đặc trưng đất nền được mô phỏng trên máy tính bằng các mô hình số. Cả hệ thống sẽ đƣợc kết nối với máy tính và các ứng xử của kết cấu sẽ đƣợc ghi lại và phân tích bằng các phần mềm.
1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Năm 2007, công ty cổ phần kết cấu không gian TADITS đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ Top Base từ công ty TBS (Hàn Quốc). Từ năm 2008, công ty đã thiết kế và thi công nền Top Base cho một số công trình tại Hà Nội, Hải Phòng, Thanh Hóa, TPHCM, các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, ...v.v và đa số đều đạt hiệu quả tốt.
Ở Việt Nam, các phương pháp tính toán trong lĩnh vực xây dựng hầu hết là sử dụng phần mềm để thiết kế. Do đó, các nghiên cứu về ảnh hưởng SSI đối với ứng xử động học của kết cấu vẫn còn hạn chế. Quốc và Nguyên (2008) [18] đã nghiên cứu sự hóa lỏng của đất nền đến công trình chịu tải trọng động đất. Quốc và Thành (2010) [19] đã phân tích ứng xử động của kết cấu chịu động đất có xét đến biến dạng nền. Hải và cộng sự (2012) [20] đã phân tích động lực học kết cấu chịu tác dụng tải trọng động có xét đến tương tác với đất nền được gia cường Top Base. Các tác giả đã rút ra đƣợc các kết luận quan trọng nhƣ chuyển vị của hệ kết cấu – đất
phụ thuộc vào các đặc trƣng của các kết cấu, đặc trƣng của móng và đặc trƣng của đất nền.
Mặc dù có khá nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới và trong nước đã đề cập tới ảnh hưởng của Top Base đến ứng xử của đất nền, tuy nhiên việc nghiên cứu bài toán giữa kết cấu tấm Mindlin bên trên và đất nền bên dưới có gia cường Top Base chịu tải trọng di chuyển thì chƣa đƣợc thực hiện.