Phân tích hiệu quả giảm chấn kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng động đất sử dụng gối cô lập một mặt trượt ma sát
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam vẫn là Quốc gia nằm trong khu vực có mối hiểm họa động đất khá cao. Theo thống kê của các chuyên gia về động đất. Tại Việt Nam chỉ trong vòng nửa cuối của năm 2014 đã xảy ra 27 trận động đất lớn nhỏ. Một số khu đô thị lớn hiện đang nằm trên các đới đứt gãy và có khả năng xảy ra những trận động đất có cấp độ rất mạnh như Hà Nội, đang nằm trên các đới đứt gãy sông Hồng, sông Chảy, sông Mã, Sơn La được dự báo phải chịu đựng chấn động cấp độ 8 theo thang độ richter. Đối với nguy cơ sóng thần ở Việt Nam, theo các nhà khoa học thuộc Viện Vật lý địa cầu: Động đất có thể gây sóng thần nguy hiểm nhất cho vùng ven biển Việt Nam là động đất xảy ra tại đới hút chìm Manila.
Nhu cầu xây dựng các công trình lớn ngày càng tăng về số lượng cũng như về chiều cao thì điều khiển kết cấu bền vững dưới tác động của ngoại lực vẫn còn là lĩnh vực mới mẻ. Đây chính là lý do để em nghiên cứu đề tài: “Phân tích hiệu quả giảm chấn kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng động đất sử dụng gối cô lập một mặt trượt ma sát”.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
– Mục tiêu cụ thể: Đưa ra mô hình cơ học, thiết lập phương trình chuyển động của hệ kết cấu có lắp đặt thiết bị, xác định các đại lượng cơ học (gia tốc, chuyển vị,…) của kết cấu thông qua việc giải phương trình vi phân chuyển động lập trên bằng phương pháp số Runge – Kutta, Phát triển mô hình lắp đặt thiết bị, định hướng thiết kế từ đó đánh giá được hiệu quả giảm chấn của thiết bị sử dụng cho nhà cao tầng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Gối SFP cho các kết cấu xây dựng ở nhà cao tầng Việt Nam.
Đề tài sẽ tập trung vào các vấn đề trọng tâm như sau: Nghiên cứu phát triển mô hình lý thuyết về chuyển động của gối cô lập một mặt trượt ma sát khi có động đất xảy ra.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu là phương pháp số, áp dụng để giải số trực tiếp các phương trình vi phân chuyển động bằng thuật toán Runge-Kutta.
5. Kết quả dự kiến
Việc nghiên cứu ứng dụng của đề tài giúp ứng dụng vào thực tiễn cho nhà cao tầng để chống động đất đảm bảo công trình không bị đổ ngã, tránh thảm họa xãy ra gây thiệt hại cho người và vật chất.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT KHI SỬ DỤNG GỐI CÔ LẬP MỘT MẶT TRƯỢT MA SÁT (SFP)
1.1. SƠ LƯỢC VỀ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
1.1.1. Các dạng kết cấu cơ bản
a. Kết cấu khung chịu lực
– Hệ thống kết cấu khung bao gồm hệ thống các cột, các dầm và sàn chịu tải trọng thẳng đứng, tải trọng ngang và các tải trọng khác (gió lốc xoáy…). Hệ kết cấu khung thường được sử dụng cho các công trình có không gian lớn được bố trí, trang trí để bố trí nội thất bên trong cho nhiều loại công trình khác nhau.
– Thực tế các kết cấu khung của công trình làm việc theo sơ đồ không gian. Việc lựa chọn mặt bằng công trình tùy thuộc vào diện tích chiếm chỗ khu đất mà chúng ta bố trí cho hợp lý. Trên thực tế thường bố trí có nhiều dạng như sau.
b. Kết cấu tường chịu lực gồm có những yếu tố:
– Tường chịu lực hay còn gọi là vách cứng là hệ thống mà vừa làm nhiệm vụ chịu lực thẳng đứng, chịu lực ngang và làm tường ngăn cách.
c. Kết cấu lõi chịu lực gồm có những yếu tố:
– Những kết cấu khung chịu lực hoặc tường chịu lực được tính toán bố trí cho công trình không hiệu quả về công năng sử dụng, cũng như thỏa mãn về mặt kết cấu chịu lực ta cần bố trí kết cấu lõi chịu lực.
– Lõi cứng đóng vai trò chịu tải trọng chính theo hướng thẳng đứng và tải trọng ngang của công trình.
– Thông thường lõi cứng được bố trí ngay trung tâm ngôi nhà hoặc trọng tâm của lõi cứng trùng với trục đi qua trọng tâm của ngôi nhà để chống lại momen xoắn hiệu quả cao nhất.
d. Kết cấu ống
– Ở những công trình cao tầng để vươn lên cao người ta thường thiết kế bố trí dày đặt các cột để chịu lực theo phương đứng và phương ngang lớn, các cột bố trí xung quanh chu vi nhà. Liên kết giữa các cột đó lại bằng các hệ dầm ngang được gọi là kết cấu ống.
1.1.2. Các dạng kết cấu hỗn hợp
a. Kết cấu khung – giằng
– Khi hệ thống khung chịu lực (dầm, cột) không đủ tốt, để chống lại lực cắt ngang và momen xoắn của công trình người ta bố trí hệ thống giằng cho các tầng.
b. Kết cấu khung – vách
– Để tăng cường khả năng chịu lực cho công trình hỗ trợ cùng hệ thống cột, dầm, sàn người ta thường thiết kế hệ thống tường chịu lực hay còn gọi là vách.
– Hệ thống khung cột, dầm có khả năng chống uốn và cắt, nhưng trong đó chống uốn là cao nhất, chống cắt hạn chế.
– Hệ thống vách có khả năng chống uốn và cắt, nhưng trong đó chống cắt cao nhất, chống uốn hạn chế.
c. Kết cấu ống – lõi
– Để cho kết cấu ống làm việc hiệu quả hơn, xây dựng nhà cao tầng hơn, người ta đưa kết cấu lõi vào bên trong khu vực trung tâm công trình.
– Sự tương tác giữa kết cấu ống và lõi giống như sự tương tác giữa kết cấu khung và vách. Tuy nhiên kết cấu ống- lõi chịu lực khỏe hơn nhiều so với hệ khung- vách.
d. Kết cấu ống tổ hợp
Trong nhà cao tầng có kết cấu ống người ta bố trí thêm các dãy hàng cột dày đặt bên trong theo 1 hoặc 2 phương để tăng cường khả năng chịu lực theo phương ngang của công trình.
1.1.3. Các dạng kết cấu đặc biệt
a. Kết cấu có hệ dầm truyền
Để tăng không gian của các tầng bên dưới thì ta bố trí các tầng dưới có bước cột thưa hơn, các tầng trên có bước cột dày đặt để giảm kích thước của dầm. Việc bố trí các cột dày truyền qua hệ dầm xuống tầng dưới có bố trí cột thưa thông qua hệ dầm, hệ dầm ấy gọi là hệ dầm truyền.
b. Kết cấu có các tầng cứng
– Trong kết cấu ống- lõi, ống và lõi được xem là conson ngàm xuống đất, nhưng do các hệ dầm sàn nhỏ chịu lực yếu so với các ống – lõi bên trong, nên phần lớn toàn bộ các tải trọng đứng và ngang do lõi cứng gánh chịu. Mặt khác khoảng cách từ lõi cứng đến ống ngoài cùng lớn dẫn đến kết cấu ống ngoài cùng làm việc chưa hiệu quả, làm việc không đồng bộ trong tổng thể chung của kết cấu toàn công trình.
– Để khắc phục tình trạng này người ta thiết kế một số tầng có dầm ngang hoặc giàn có độ cứng lớn nối các lõi cứng với ống ngoài.
c. Hệ kết cấu có hệ khung ghép
Hiện nay trên thế giới để thi công nhanh, hệ khung chịu lực khỏe người ta áp dụng một dạng đăc biệt đó là hệ khung ghép. Khung ghép có độ cứng lớn, là kết cấu chịu lực chính của công trình. Khung tầng trong trường hợp này được xem là hệ kết cấu thứ cấp chủ yếu là để truyền tải trọng đứng lên hệ khung ghép.
1.2. TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT LÊN KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
1.2.1. Sóng địa chấn và sự truyền sóng
– Năng lượng của động đất được trải dài trong một diện tích lớn, và trong các trận động đất lớn có thể trải hết toàn cầu. Các nhà khoa học thường có thể định được điểm mà các sóng địa chấn được bắt đầu.
– Tùy theo tình trạng ghi nhận sóng của trạm, nhà địa chấn tính ra cường độ, khoảng cách và độ sâu chấn tiêu với mức chính xác thô. Kết hợp số liệu của nhiều trạm quan sát địa chấn sẽ xác định được cường độ và tọa độ vụ động đất chính xác hơn.
1.2.2. Đặc tính của chuyển động nền trong động đất
Khi động đất xảy ra chuyển động của đất được thể hiện bằng lịch sử thời gian hoặc biểu đồ động đất dưới dạng gia tốc, vận tốc hay chuyển vị của một điểm nhất định trong trận động đất.
Gia tốc đồ của trận động đất Elcentro (19/5/1940)
Như vậy nhìn từ gốc độ kết cấu công trình thì các thông số quan trọng ảnh hưởng đến cường độ động đất bao gồm: gia tốc đỉnh của nền đất (Peak Ground Acceleration – PGA), sự duy trì tần số và thời gian kéo dài của rung động mạnh.
a. Gia tốc đỉnh (PGA)
Gia tốc đỉnh là gia tốc cực đại, phản ảnh độ mạnh của sự dịch chuyển nền đất, cũng chính là thể hiện cường độ của động đất.
b. Nội dung tần số
Nội dung tần số là số lần gia tốc bằng không trong mỗi giây.
c. Thời gian kéo dài của rung động mạnh
Thời gian kéo dài của rung động mạnh là khoảng thời gian giữa đỉnh đầu và đỉnh cuối, và giá trị này vượt qua một giá trị đủ lớn cho trước (nghĩa là khoảng thời gian kéo dài của rung động mạnh).
d. Ứng xử của kết cấu khi chịu tác động của tải trọng động đất
1.3. CÁC GIẢI PHÁP CÁCH CHẤN CỦA NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT KHI SỬ DỤNG GỐI CÔ LẬP TRƯỢT MA SÁT
1.3.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu giải pháp gối cô lập dao động
Sử dụng gối cô lập dao động (cách đáy chấn) trong kết cấu là kỹ thuật điều khiển bị động kết cấu. Gối cô lập có độ cứng dịch chuyển ngang nhỏ, thông thường được lắp đặt vào giữa phần móng và kết cấu bên trên. Kết cấu cô lập sẽ duy trì được sự làm việc trong miền đàn hồi hay gần miền đàn hồi, gia tốc nhỏ sẽ làm cho thiết bị sử dụng công trình không bị hư hỏng lớn.
 |  |
| Kết cấu ngàm cứng | Kết cấu được cô lập |
a. Tình hình nghiên cứu áp dụng trong nước
– Hiện tại ở Việt Nam chưa có công trình nào sử dụng gối cách chấn.
– Một vài công trình đã sử dụng lớp cách chấn cũng giống như gối cách chấn đó là các công trình do Nga thiết kế: Bệnh viện phụ sản Trung Ương.
b. Tình hình nghiên cứu áp dụng nước ngoài
Hiện nay, trên thế giới có 2 loại gối cách chấn được nghiên cứu kỹ và sử dụng nhiều vào các công trình đó là: Gối đàn hồi (Elastomeric bearings) và gối trượt ma sát (Friction sliding bearings).
1.3.2. Các giải pháp gối cô lập dao động
a. Các nghiên cứu về gối đàn hồi (Elastomeric bearings)
b. Các nghiên cứu về gối trượt ma sát (Friction sliding bearings)
Gối trượt ma sát đơn (Single friction pendulum bearing, SFP)
 |  |
Hiện tại, các nghiên cứu trên thế giới về gối cô lập trượt ma sát đạt được những thành tựu rất lớn, đặc biệt là các nước Bắc Mỹ, Đài Loan. Đi đầu là các tác giả Constantinou, M.C, Mokha, A, Nagarajaiah, TSai C.S, Zayas, V…
CHƯƠNG 2
MÔ HÌNH VÀ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GỐI CÔ LẬP MỘT MẶT TRƯỢT MA SÁT (SFP) CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.1. Cơ sở tính toán công trình chịu động đất
2.1.2. Phương trình chuyển động
2.2. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CỦA GỐI CÔ LẬP MỘT MẶT TRƯỢT MA SÁT
2.2.1. Cấu tạo gối cô lập một mặt trượt ma sát
Cấu tạo gối trượt ma sát được làm bằng kim loại chống rỉ. Bao gồm con lăn trượt trên mặt cong được phủ 1 lớp hóa chất tạo ma sát theo phương ngang khi chịu tải trọng động đất.
Phạm vi nghiên cứu đề tài này gối cô lập một mặt trượt ma sát SFP
Gối trượt ma sát đơn (Single friction pendulum bearing, SFP)
2.2.2. Mô hình xác định hệ số ma sát trong các thiết bị gối trượt
a. Mô hình Coulomb
b. Mô hình Coulomb hiệu chỉnh
2.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SỐ CHO NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phương pháp Newmark
2.3.2. Phương pháp Runge-Kutta
2.4. MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG CÁC DẠNG GỐI CÔ LẬP MẶT TRƯỢT MA SÁT KHI CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
2.4.1. Quan hệ giữa lực và chuyển vị ngang trong gối SFP
2.4.2. Mô hình tính toán kết cấu có gắn gối SFP
Mô hình tính toán kết cấu 1 bậc tự do cô lập bởi gối SFP (có gắn thiết bị) chịu động đất được trình bày như sau:
Các đặc trưng vật lý của kết cấu là: khối lượng (m2), độ cứng (ks), cản nhớt (cs) và các đặc trưng chuyển động: chuyển vị (), vận tốc (), gia tốc (). Ý tưởng xem sự trượt của gối là 1 phần tử ma sát trượt với các đặc trưng vật lý của gối là: khối lượng (m1), độ cứng (k1= kb), ma sát ), lực va chạm (de=d) và các đặc trưng chuyển động: chuyển vị (), vận tốc (), gia tốc (). Mô hình được trình bày với hệ gồm 2 bậc tự do. Phương trình chuyển động khi chịu động đất () được viết như :
Lực ma sát Ff và lực va chạm Fr được xác định như các phương trình trên.
Hệ phương trình chuyển động sẽ được giải bằng phương pháp số Runge – Kutta (sử dụng hàm ode15s trong Matlab) để xác định các đặc trưng chuyển động tại từng bước thời gian.
VÍ DỤ TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ GIẢM CHẤN
GỐI CÔ LẬP TRƯỢT MA SÁT SFP
3.1. HỆ 1 BẬC TỰ DO
3.1.1. Thông số kết cấu
Các thông số kết cấu.
| Khối lượng m (kN.s2/mm) | Độ cứng ks (kN/mm) | Tỉ số cản | Chu kỳ T (s) |
| 1800/g | 7.2437 | 5% | 1 |
Thông số hiệu chỉnh biến trễ
Thông số hiệu chỉnh hệ số ma sát phụ thuộc vận tốc trượt: a=0,02s/mm.
3.1.2. Thông số kỹ thuật của gối
| R=100mm, 0,02 – 0,06; d = 250mm |
3.1.3. Gia tốc nền phân tích
Bảng dữ liệu các trận động đất.
| Trận động đất | Vị trí đo | Giá trị đỉnh | ||
| Gia tốc (g) | Vận tốc (cm/s) | Chuyển vị (cm) | ||
| Northridge-01, 17/1/1994 | SEPULVEDA VA HOSPITAL | 0.932 | 38.01 | 8.5 |
| Imperial, VALLEY-02, 05/19/1940 | EL CENTRO ARRAY | 0.281 | 21.34 | 24.2 |
3.1.4. Kết quả phân tích
3.1.4.1. Kết quả phân tích với trận động đất Northridge
Đáp ứng chuyển vị trong kết cấu
3.1.4.2. Khảo sát với trận động đất Elcentro 1940
Đáp ứng chuyển vị trong kết cấu
3.2. HỆ 6 BẬC TỰ DO (NGHIÊN CỨU CHO GỐI SFP)
Trong phần này sẽ mô phỏng ví dụ số cho kết cấu nhà 5 tầng (6 bậc tự do) với khối lượng các tầng là như nhau (mn=250kN/g) và độ cứng kn=50kN/mm.
Mô hình tính toán hệ 6 bậc tự do có gắn gối SFP
Tỷ số cản Kết cấu Bêtông cốt thép). Chu kỳ cơ bản T=0,49s. Chọn trận động đất Northridge làm trận mô phỏng ví dụ. Trận động đất Northridge là trận động đất mạnh có biên độ dao động lớn làm ảnh hưởng đến kết cấu chịu lực của công trình xây dựng nên làm ví dụ tính toán và xét các thông số kỹ thuật của gối dùng phần mềm Matlab để thiết lập mô hình tính toán để so sánh
3.2.1. Với trận đông đất Northridge: Xét trường hợp gắn gối SFP: khi R không thay đổi, d thay đổi với các giá trị lần lượt là: d=90mm, d=95mm, d=99mm và d=102mm.
a. Xét trường hợp d=90mm
1. Đường ứng xử trễ trong gối
 |
Đường ứng xử trễ trong gối
Nhận xét: Khi d=90mm, đường ứng xử trễ có hai đầu nhọn thể hiện con lắc đã chuyển dịch lớn có xu thế trượt ra ngoài mặt lõm của gối. Tuy nhiên, do cấu tạo tại vị trí viền ngoài của mặt lõm người ta cấu tạo một gờ chắn và con lắc sẽ bị giữ lại không cho vượt qua gờ chắn khi đó lực va chạm giữa con lắc và gờ chắn xảy ra. chiều cao của phần nhọn hai đầu đường ứng xử trễ sẽ tỷ lệ thuận với lực va chạm (nếu trận động đất rất mạnh có thể con lắc sẽ bị phá hủy).
Kết luận: Đường ứng xử trễ sẽ không an toàn với trường hợp d=90mm khi xảy ra trận động đất Northridge.
2. Kết quả lực cắt
Nhận xét: Trong khoảng thời gian giây thứ 9 lực cắt đạt giá trị cực đại. Từ giây thứ 10 trở đi, lực cắt giảm dần và trở về trạng thái cân bằng.
Kết luận: Lực cắt tầng 1 sẽ không đảm bảo cho trận đông đất Northridge xảy ra.
3. Biểu đồ gia tốc
 |
Đáp ứng gia tốc tầng 5
Như vậy, từ kết quả phân tích trên. Với con lắc có R không thay đổi, d=90mm thì sự chuyển dịch, lực cắt và gia tốc sẽ không ổn định khi xảy ra trận động đất Northridge.
b. Xét trường hợp d=95mm
1. Đường ứng xử trễ trong gối
 |
Đường ứng xử trễ trong gối
Nhận xét: Đường ứng xử trễ có đầu nhọn bên phải thể hiện con lắc vẫn còn va đập vào thành gờ của gối. Vị trí gờ thành gối trái không va đập nên không xuất hiện hình ảnh góc nhọn.
Kết luận: Đường ứng xử trễ trong gối cho thấy kết cấu ở trường hợp này cũng sẽ không tốt đối với trận động đất Northridge.
2. Kết quả lực cắt
 |
Hình 3.15. Đáp ứng lực cắt tầng 1
Nhận xét: Lực cắt tầng 1 có trị số dao động lớn nhất trong khoảng thời gian 7 giây đến 9 giây.
Kết luận: Lực cắt tầng 1 cho trận động đất Northridge là không thỏa mãn khi ta sử dụng gối có d=95mm.
3. Biểu đồ gia tốc
 |
Đáp ứng gia tốc tầng 5
Nhận xét: Gia tốc tầng 5 có trị số dao động cực đại trong khoảng thời gian 7giây đến 9 giây.
Như vậy, từ kết quả phân tích trên. Với kết cấu có R không thay đổi, d=95mm chứng tỏ kích thướt của gối là không đủ sẽ không ngăn được trận động đất Northridge xảy ra.
c. Xét trường hợp d=99mm
1. Đường ứng xử trễ trong gối
 |
Đường ứng xử trễ trong gối
Nhận xét: Nhìn vị trí bên trái không thấy hình ảnh góc nhọn nên con lăn không xảy ra va đập vào thành gờ của gối. Tuy nhiên, đường ứng xử trễ vẫn có 1 đầu nhọn bên phải thể hiện con lăn đã va chạm đập vào thành gờ của gối.
Kết luận: Ở trường hợp d=99mm đường ứng xử trễ trong gối vẫn sẽ không an toàn với trận động đất Northridge.
2. Kết quả lực cắt
 |
Đáp ứng lực cắt tầng 1
Nhận xét: Trong khoảng thời gian 7giây đến 9 giây lực cắt tầng 1 có trị số dao động lớn nhất. Từ giây thứ 10 trở đi, lực cắt giảm dần và trở về trạng thái cân bằng.
Kết luận: Lực cắt tầng 1 sẽ không đảm bảo cho trận động đất Northridge xảy ra.
3. Biểu đồ gia tốc
 |
Đáp ứng gia tốc tầng 5
Nhận xét: Khi d=99mm, gia tốc tầng 5 có trị số dao động cực đại trong khoảng thời gian 7giây đến 9 giây. Gia tốc giảm dần và trở về trạng thái cân bằng từ giây thứ 10 trở đi.
Như vậy, từ kết quả phân tích trên. Với kết cấu có R không thay đổi, d=99mm thì sự chuyển dịch, lực cắt và gia tốc sẽ không tốt khi xảy ra trận động đất Northridge
d. Xét trường hợp d=102mm
1. Đường ứng xử trễ trong gối
Đường ứng xử trễ trong gối
Nhận xét: Đường ứng xử trễ hình vòng khép kín thể hiện con lắc vẫn nằm trong mặt trượt và không va đập vào thành gờ của gối.
Kết luận: Đường ứng xử trễ trong gối ở trường hợp d=102mm cho thấy kết cấu an toàn khi xảy ra trận động đất Northridge.
2. Kết quả lực cắt
 |
Đáp ứng lực cắt tầng 1
Nhận xét: Lực cắt tầng 1 có trị số dao động nhẹ nhàng trong suốt quá trình dao động.
Kết luận: Lực cắt tầng 1 đảm bảo cho trận động đất Northridge.
3. Biểu đồ gia tốc
 |
Đáp ứng gia tốc tầng 5
Nhận xét: Gia tốc tầng 5 (gia tốc đỉnh) có trị số dao động nhỏ tương đối và trị số này kéo dài trong suốt quá trình dao động.
Kết luận: Gia tốc tầng 5 sẽ giảm hơn nhiều và đảm bảo hơn.
Như vậy, từ kết quả phân tích trên. Với kết cấu có R không thay đổi, d=102mm thì sự chuyển dịch, lực cắt và gia tốc sẽ ổn định hơn với d=90mm, d=95mm và d=99mm khi xảy ra trận động đất Northridge.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Về nghiên cứu lý thuyết
– Đã nghiên cứu kỹ được cấu tạo và tác dụng các dạng gối trượt ma sát sử dụng trong kỹ thuật kháng chấn cho công trình xây dựng;
– Đã tổng hợp, mô phỏng lại toàn bộ các quá trình chuyển động của gối trượt SFP có xét chi tiết đến yếu tố hệ số ma sát gối (đây là yếu tố rất quan trọng trong cấu tạo gối);
– Đã thiết lập được mô hình tính toán cho kết cấu gắn thiết bị gối cô lập. Phương trình chuyển động của kết cấu gắn thiết bị chịu tải trọng động đất cũng đã được nghiên cứu và trình bày;
– Đề xuất phương pháp số để giải phương trình vi phân chuyển động của kết cấu, từ đó thu được phản ứng kết cấu khi chịu tải trọng động đất, đánh giá được hiệu quả của thiết bị.
2. Về mô phỏng ví dụ số
a. Từ kết quả phân tích với hệ 1 bậc tự do
– Mô phỏng được chuyển động của các gối khi chịu động đất (ứng xử trễ);
– Các dạng gối trượt đều cho hiệu quả giảm lực cắt đáng kể trong kết cấu khi chịu động đất;
– Với trận Northridge, gia tốc đỉnh lớn và kéo dài nên cũng làm cho kết cấu cô lập bị dịch chuyển mạnh. Trường hợp này gối SFP bị vượt giới hạn chuyển vị cho phép (xuất hiện lực va chạm Fr trong gối), làm cho hiệu quả của gối SFP sẽ giảm trong trường hợp này.
b. Từ kết quả phân tích với hệ 6 bậc tự do
Kết cấu nhà 5 tầng như trên có chu kỳ cơ bản 1 là 0,49s. Với chu kỳ này, gần như nằm trong vùng chu kỳ trội của tất cả các trận động đất trên. Vì vậy phản ứng của kết cấu sẽ là rất lớn (gần miền cộng hưởng). Nếu kết cấu được gắn thiết bị cô lập là gối SFP thì hiệu quả giảm chấn sẽ thấy rất rõ. Kết quả phân tích với kết cấu chịu động đất của trận Northridge cho hiệu quả tốt. Hiệu quả giảm chấn lực cắt tầng 1 và gia tốc tầng 5 (với d=102mm), dao động trong tòa nhà giảm đáng kể. Điều này chứng tỏ rằng gối SFP đáp ứng tốt tiêu chí thiết kế cách chấn đáy công trình chịu tải trọng động đất tại “Mục 10 – TCXDVN 375-2006”; yêu cầu về tính năng và các tiêu chí cần tuân theo tại “Mục 02 – Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất TCXDVN 375-2006”.
c. Những hướng nghiên cứu cần thiết trong tương lai
Như phân tích trên, hiệu quả của gối SFP được sử dụng nhiều trong những năm gần đây. Do đó, cần phải nghiên cứu kỹ và có những đánh giá chính xác về dạng gối này, cụ thể như:
– Nghiên cứu dịch chuyển chi tiết của con lắc bên trong của gối;
– Tiếp tục nghiên cứu kỹ hơn hệ số ma sát bên trong gối như: Phụ thuộc vào áp lực, sự nóng lên;
– Với những trận động đất lớn, thành phần kích động đứng sẽ đáng kể. Vì vậy cần phải xây dựng mô hình nghiên cứu cho trường hợp này.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\CONG TRINH GIAO THONG\NHOM THAY HOA TRA VINH\Phuoc\TOM TAT
