(1) Hệ số động đất là hệ số động đất nằm ngang xác định bởi phơng trình dới đây. Giá trị của hệ số phải đợc biểu thị bằng một con số hai chữ số bằng cách làm tròn nếu số thứ ba là năm hoặc hơn hoặc bỏ đi nếu nó nhỏ hơn năm.
Hệ số động đất = hệ số động đất vùng ì hệ số điều kiện của đất ì hệ số quan trọng
Trong trờng hợp này, hệ số động đất vùng là các giá trị liệt kê trong Bảng 12.4.1 t-
ơng ứng với vùng trong đó có các công trình cảng. Hệ số điều kiện đất là các giá trị trong Bảng 12.4..2 ứng với các loại đất trong Bảng 12.4.4. phù hợp với các đặc
điểm của kết cấu.
Bảng 12.4.1 Hệ số động đất vùng ( Điều 15 , phụ lục Bảng 1)
Bảng 12.4.2. Hệ số điều kiện đất (Điều 15 , phụ lục Bảng 2)
Loại đất gốc Loại I Loại II Loại III
Hệ số điều kiệnđất 0,8 1,0 1,2
Hệ số
động đất vùng Phân vùng
Vùng A
Vùng B
Vùng C
Vùng D
Vùng E
Bảng 12.4.3 Phân loại đất (Điều 15, phụ lục Bảng 3) Loại đất
Chiều dày
của tầng kỷ đệ tứ
TÇng sái
Đất cát thờng
và đất dính Đất yếu
5 mét hoặc ít hơn Loại I Loại I Loại II
Nhiều hơn 5mét và ít hơn 25 mét Loại I Loại II Loại III
25 mét hoặc lớn hơn Loại II Loại II Loại III
Chú thích: Trong các bảng trên "đất yếu" là đất cát với giá trị N của thử nghiệm SPT nhỏ hơn 4 hoặc
đất dính với cờng độ nén nở hông tự do nhỏ hơn 20 kN/m2. Khi đất nền gồm hai hoặc nhiều lớp, loại đất phải xác định theo lớp nào có chiều dầy lớn nhất. Nếu đất nền gồm có hai hoặc nhiều lớp có chiều dầy hầu nh bằng nhau, loại đất phải xác định theo lớp đất nào có giá trị hệ số điều kiện đất lớn nhất trong các lớp đó
Bảng 12.4.4. Hệ số tầm quan trọng (Điều 15, Phụ lục 4 TB) Loại kết
cấu Đặc trng kết cấu Hệ số
tÇm quan trọng Loại đặc biệt Trong các kết cấu thuộc loại A, kết cấu có một rủi ro nổi bật quy
định trong hạng mục 1, một hậu quả nghiêm trọng trong hạng mục 2, hoặc một đe doạ nghiêm trọng trong hạng mục 4, hoặc các kết cấu có một tầm quan trọng đặc biệt trong hạng mục 3
1,5
Loại A 1. Có mức rủi ro cao gây ra tổn thất lớn cho cuộc sống con ngời và tài sản nếu kết cấu bị h hại bởi một trận động đất
2. Có hậu quả kinh tế và xã hội nghiêm trọng nếu kết cấu bị h hại bởi một trận động đất
3. Có vai trò quan trọng trong công tác khôi phục sau tai hoạ
động đất
4. Có mối đe doạ tổn thất lớn về ngời và tài sản, nếu kết cấu bị h hại bởi một trận động đất (ví dụ kết cấu xử lý các chất độc hại hoặc nguy hiểm)
5. Có khó khăn trong khôi phục nếu kết cấu bị h hại bởi một trận
động đất
1,2
Loại B Các kết cấu ngoài các kết cấu phân loại là Đặc biệt, loại A hoặc
loại C 1,0
Loại C Hậu quả kinh tế và xã hội nhẹ, nếu kết cấu bị h hại bởi một trận
động đất, hoặc dễ khôi phục trong số các kết cấu ngoài các kết cấu đã phân loại loại Đặc biệt hoặc loại A
0,8
(2) Khi trong phơng pháp hệ số động đất có yêu cầu xem xét việc sử dụng hệ số động đất thẳng đứng, hệ số động đất thẳng đứng phải đợc xác định thích
đáng bằng cách xem xét các đặc trng kết cấu, các tính chất đất v.v...
(3) Hệ số động đất tính toán cho các kết cấu có độ bền động đất cao trong phơng pháp hệ số động đất phải đợc xác định sau khi phán đoán toàn diện kết quả tính toán đợc bởi phơng trình trong (1) và hệ số động đất nằm ngang tính toán đợc bằng các ph-
ơng trình cho dới đây. Trong tính toán trớc, hệ số quan trọng phải lấy bằng 1,5. Với tính toán sau, gia tốc đỉnh của đất phải ớc tính bằng cách phân tích động lực chống lại chuyển động của đất Mức độ 2 của trận động đất tiềm tàng quy định trong "Kế hoạch đối phó tai hoạ trong vùng" đợc quy định bởi Điều 2, hạng mục 10 của "
(b) Khi α lớn hơn 200 Gal (12.4.1) kh = 1/3(α/g)1/3
trong đó :
kh : hệ số động đất nằm ngang
α : gia tốc đỉnh của đất tại bề mặt (Gal) g : gia tốc trọng trờng (Gal)
[Chú giải]
(1) Các trờng hợp chung của các công trình bến cảng
(a) Các hệ số để xác định các hệ số động đất tính toán của kết cấu bao gồm tính chất động đất vùng, các điều kiện đất, các tính chất động lực của kết cấu, và tầm quan trọng của kết cấu. Tuy nhiên, phản ứng động lực của kết cấu không cần xét đến trong thiết kế, vì phần lớn công trình cảng có chu kỳ tự nhiên tơng đối ngắn cũng nh hệ số tắt dần lớn. Nói chung, phản ứng động lực của kết cấu đợc bỏ qua và việc thiết kế động đất đợc tiến hành dựa trên phơng pháp cho trong 12.3. Phơng pháp hệ số động đất, sử dụng hệ số động đất tính toán trên đây
(b) Trong trờng hợp có thể xác định hệ số động đất chính xác bằng cách điều tra nghiên cứu các yếu tố nh tính chất động đất vùng, các đặc trng chuyển động của đất, và sự khuếch đại chuyển động của
đất do phản ứng của đất, giá trị này có thể sử dụng làm hệ số động đất tính toán. Ví dụ khi một phân tích phản ứng động lực của đất đợc tiến hành với một chuyển động động đất đầu vào dựa trên dữ liệu
động đất hoặc các ghi chép các chuyển động mạnh tại địa điểm xây dựng, hoặc khi tiến hành một phân tích phản ứng động đất của các kết cấu để xem xét phản ứng động lực của chúng đối với chuyển động động đất, có thể xác định hệ số động đất tính toán dựa trên kết quả của các phân tích này
(c) Hệ số tầm quan trọng của kết cấu là một giá trị không thể áp dụng nhất loạt nh nhau tuỳ thuộc vào việc sử dụng, loại hoặc kích cỡ của kết cấu, mà phải xác định bằng cách xem xét thích đáng các đặc trng xã hội và kinh tế của công trình cùng với việc xem xét các hạng mục sau :
1. Sức kháng chấn cần có đối với chức năng tơng ứng của công trình
2. Mức độ h hại khi công trình bị động đất tấn công, khó khăn trong việc khôi phục công trình bị h hại, và cờng độ kết cấu lại của công trình sau khi bị h hại
3. Khả năng bốc xếp hàng hoá của công trình sau khi bị h hại
(d) Khi tính tải trọng động đất trong 12.3 Phơng pháp hệ số động đất, hệ số động đất tính toán phải nhân với trọng lợng thực không trừ lực đẩy nổi. Tuy nhiên, trong tính áp lực đất, phải dùng hệ số
động đất biểu kiến, vì trọng lợng đơn vị chìm trong nớc có xét đến lực đẩy nổi đợc dùng trong tr- ờng hợp này
(2) Kết cấu sức kháng chấn cao
(a) Trận động đất mục tiêu để thiết kế động đất cho các kết cấu có sức kháng chấn cao phải là trận
động đất tiềm tàng quy định trong "Kế hoạch đối phó tai hoạ trong vùng", và chuyển động động đất
đầu vào tại địa điểm xây dựng phải xác định dựa theo trận động đất tiềm tàng đó
(b) Gia tốc đỉnh của đất để tính hệ số động đất tính toán của các kết cấu có sức kháng chấn cao có thể xác định bằng mô hình phản xạ nhiều lần cho trong 12.5 Phân tích phản ứng động đất [Chỉ dẫn kü thuËt]
(c) Noda và các cộng sự đã giải thích chi tiết phơng trình (12.4.1) để tính hệ số động đất tính toán của các kết cấu có sức kháng chấn cao từ chuyển động của động đất
(d) Dựa trên kinh nghiệm mà cảng Kobe phải chịu h hại nghiêm trọng trong trận động đất Hyogoken- Nanbu, hệ số động đất tính toán ít nhất phải bằng 0,25 khi các kết cấu có sức kháng chấn cao đợc xây dựng tại các vị trí gần một mặt phay hoạt động (khi địa điểm đợc giả định nằm trong khu vực chấn tâm ngoài)
(e) Việc phân tích phản ứng động đất cũng nh phơng pháp hệ số động đất phải đợc sử dụng nh các phơng pháp thiết kế đối với chuyển động động đất Mức 2, dựa trên một sự đánh giá toàn diện về loại kết cấu, chuyển động của đất và các tính chất của đất. Trong các trờng hợp đó, công trình phải đảm bảo một mức độ cần thiết nào đó của hệ số an toàn để công trình đủ vững bền chống lại chuyển động của đất Mức 1
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Chuyển động động đất Mức 1 cho tất cả các công trình bến cảng
(a) Hệ số động đất vùng kê trong Bảng 12.4.1 đợc nêu ra có sử dụng sự phân bố gia tốc đỉnh dự kiến tơng ứng với một chu kỳ trở lại 75 năm cho các vùng duyên hải. Biểu thức "chu kỳ trở lại 75 năm" là dựa trên lý thuyết xác suất. Điều đó không có nghĩa là một trận động đất tơng đơng với chu kỳ trở lại 75 năm đã xẩy ra thì trong 75 năm sau đó, sẽ không có chuyển động động đất nào có cùng độ lớn
đất có chu kỳ trở lại 75 năm hoặc lớn hơn trong thời gian tuổi thọ là khá cao, có giá trị gần 0,5. Trong trờng hợp một công trình có tuổi thọ ngắn hơn 50 năm, chu kỳ trở lại của trận động đất tính toán sẽ trở thành ngắn hơn 75 năm nếu xác suất bắt gặp đợc lấy bằng khoảng 0,5. Thông tin về quan hệ giữa tuổi thọ và xác suất bắt gặp có nói đến trong Chơng 1 Đại cơng
(b) Gia tốc đỉnh dự kiến của đá gốc với chu kỳ trở lại 75 năm đợc ghi trong Bảng T.12.4.1 theo phân loại vùng. Hệ số động đất vùng trong Bảng 12.4.1 đợc quy định từ gia tốc dự kiến có sử dụng quan hệ trung bình trong Hình T.12.4.1. "Đá gốc" đợc dùng ở đây có nghĩa đất loại I
(2) Chuyển động động đất Mức 2 đối với Công trình có sức kháng chấn cao
(a) Khi một động đất tiềm tàng không đợc quy định trong "kế hoạch đối phó với tai hoạ vùng", hoặc khi có lý do thích đáng để xác định đặc biệt một trận động đất để sử dụng trong thiết kế, trận động đất nào tạo ra chuyển động của đất nguy hiểm nhất tại địa điểm xây dựng trong số các trận động đất tiềm tàng phải đợc chọn là trận động đất mục tiêu. Các trận động đất phải xem xét là trận động đất lớn nhất trong quá khứ, trận động đất do một "phay hoạt động với độ xác suất cao Mức 1" hoặc trận động
đất do một "phay hoặt động với sự chú ý đặc biệt". Khi nghiên cứu các trận động đất nh vậy có thể tham khảo các tài liệu sau đây "Bản đồ và tài liệu về sự phân bố các phay hoạt động ở Nhật Bản" (bộ mới), "Liệt kê toàn bộ các trận động đất gây tác hại ở Nhật Bản" (bộ mới) và " Sổ tay thông số các phay động đất ở Nhật Bản" Độ lớn một trận động đất trên một phay hoạt động có thể ớc tính theo ph-
ơng trình sau:
log10 L = 0,6 M -2,9 (12.4.2)
trong đó :
L : chiều dài của phay động đất (km) M : độ lớn của động đất
Bảng T. 12.4.1. Hệ số động đất vùng và gia tốc đỉnh của đá gốc với chu kỳ trở lại 75 năm theo phân loại vùng
Phân loại vùng Hệ số động đất vùng Gia tốc đỉnh của đá gốc với chu kỳ trở lại 75 năm
A 0,15 350
B 0,13 250
C 0,12 200
D 0,11 150
E 0,08 100
Hình T.12.4.1 Quan hệ giữa hệ số động đất và Gia tốc đỉnh của đất Gia tốc đỉnh SMAC (Gal)
Hệ số động đất K n
Các giới hạn trên và dới của hệ số động đất ớc tính cho mỗi cầu tàu Các giới hạn trên và dới của hệ số động đất ớc tính cho mỗi cảng (Đờng nối giới hạn trên và dới xác định phạm vi của hệ số động đất)
Hình T.12.4.2. Quan hệ giữa gia tốc đỉnh SMAC và khoảng cách phay theo độ lớn
(b) Gia tốc đá gốc sử dụng cho phân tích phản ứng động đất của đất để xác định hệ số động đất tính toán của công trình có sức kháng chấn cao đợc tính theo phơng trình sau:
trong đó :
ASMAC : gia tốc đỉnh đá gốc đo bằng địa chấn ký chuyển động mạnh loại SMAC (Gal) M : độ lớn của động đất
X : khoảng cách phay (km)
Từ ngữ "khoảng cách phay" là khoảng cách nhỏ nhất từ mặt phẳng phay tới địa điểm quan tâm.
Các kết quả tính toán theo phơng trình (12.4.3) đợc vẽ trong Hình T.12.4.2. Khi không biết mặt phẳng phay, khoảng cách nhỏ nhất từ phay bề mặt đợc dùng làm khoảng cách phay.
Từ "đá gốc" có nghĩa là khối đá, lớp đất cát có gía trị N bằng 50 hoặc lớn hơn, lớp sét có cờng độ nén nở hông tự do qu bằng 650 kN/m2 hoặc lớn hơn, hoặc đất gốc với vận tốc sóng cắt bằng 300 m/s hoặc cao hơn
(c) Động đất tiềm tàng đợc chia thành hai loại gọi là động đất intra-plate và động đất inter-plate, tuỳ thuộc cơ chế xẩy ra của chúng. Khi một động đất intra-plate đợc giả định, các sóng tới của đá gốc cảng Island tính đợc từ các ghi chép tại cảng Island của Cảng Kobe trong trận động đất Hyogoken-Nanbu phải đợc sử dụng làm sóng động đất đầu vào dùng để phân tích phản ứng
động đất của đất. Khi giả định là một động đất inter-plate, các sóng nh các sóng tới của đá gốc Hachinohe (S-252 NS) tính đợc từ các ghi chép tại cảng Hachinoha trong trận động đất năm 1968 Tokachi-Oki hoặc các sóng tới từ đá gốc Ofunato (S-1210 E415) tại cảng Ofunatô trong trận động
đất 1978 Miyagi-ken-Oki phải đợc sử dụng làm sóng động đất đầu vào. Tuy nhiên, khi một công trình có sức kháng chấn cao phải xây dựng trong một khu vực tâm địa chấn và động đất đợc giả
định là lớn xẩy ra ở vùng này, các sóng tới từ đá gốc cảng Island (PI-79 NS) phải đ ợc dùng làm chuyển động của đất đầu vào, ngay cả khi động đất đợc xem là một trận động đất inter-plate Hình T.12.4.3 cho thấy các mặt cắt của ba sóng đó. Phổ Fourier của các sóng này cho trong Hình T.12.4.4
(d) Việc phán đoán địa điểm xây dựng có gần phay động đất hay không phải làm theo Hình T.12.4.5 Nếu địa điểm xây dựng nằm trong vùng A trên đồ thị, địa điểm phải xem là gần mặt phẳng phay (nằm trong khu vực tâm động đất)
Khoảng cách phay X(km)
Gia tốc đỉnh ASMAC (Gal)
Dữ liệu của M 6,0 ~ 8,0
Hình T.12.4.3. Sóng tới từ đá gốc
Thêi gian (s) Thêi gian (s) Thêi gian (s)
Gia tèc ASMAC(Gal) Gia tèc ASMAC(Gal) Gia tèc ASMAC(Gal)
Sóng tới từ đá gốc Hachinohe
Sóng tới từ đá gốc Ofunato
Sóng tới từ đá gốc cảng Island