- NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC KẾT CẤU-ĐẤT NỀN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT. - BẰNG PHẦN TỬ VĨ MÔ. - Trong các tiêu chuẩn thiết kế công trình hiện nay, phân tích ứng xử của kết cấu có xét đến tương tác với đất nền hầu như chưa được kể đến hoặc chỉ ở dạng khuyến nghị. - Nguyên nhân chính là do nếu xét đồng thời hệ kết cấu phần trên-móng-đất nền (hệ kết cấu-đất nền) dẫn đến việc phân tích rất khó khăn. - Trong đó, tương tác giữa đất nền và móng rất phức tạp, đặc biệt trong trường hợp chịu tải trọng động đất.. - Tại Việt Nam, các nghiên cứu về tương tác hệ kết cấu-đất nền đa phần dưới dạng phân tích lý thuyết với liên kết là các lò xo tuyến tính.. - Trên thế giới, tương tác hệ kết cấu-đất nền được mô hình với phần tử vĩ mô được xem như một giải pháp hiện đại và hiệu quả.. - Bài toán phân tích tương tác đồng thời giữa đất nền và kết cấu dưới tải trọng động đất cần được tiếp tục nghiên cứu nên nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tương tác kết cấu-đất nền dưới tác dụng của tải trọng động đất bằng phần tử vĩ mô” để thực hiện luận án.. - Bằng lý thuyết và thí nghiệm, luận án nghiên cứu tương tác hệ kết cấu-đất nền chịu tải trọng động đất. - Trong phân tích lý thuyết, tương tác phức tạp của hệ móng-đất nền được mô hình bằng phần tử vĩ mô.. - Đối tượng chính của luận án là ứng xử của hệ kết cấu-đất nền chịu tác dụng của tải trọng động đất dưới dạng chuyển vị và gia tốc theo phương ngang. - Kết cấu được mô hình dạng thông số tập trung, phần. - Phân tích tương tác hệ móng-đất nền dưới tải trọng động đất với phần tử vĩ mô giúp giải bài toán được đơn giản hóa. - Chương 2 trình bày nội dung nghiên cứu lý thuyết về việc đề xuất phần tử vĩ mô để thay thế cho hệ móng-đất nền phù hợp với phân tích động đất. - Chương 3 trình bày nội dung nghiên cứu thực nghiệm bàn rung tương tác kết cấu-đất nền dưới tải trọng động đất.. - Chương 4 trình bày kết quả phân tích ứng xử của hệ kết cấu-đất nền dưới tải trọng động đất bằng hệ phương trình đã được xây dựng trong Chương 2. - TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG TÁC KẾT CẤU-ĐẤT NỀN. - 1.1 Khái quát về tương tác kết cấu-đất nền. - Theo quan điểm của các kỹ sư kết cấu, móng được chôn vào nền nên độ cứng hệ nền-móng rất lớn, kết cấu có độ cứng rất bé nên xem như lá mỏng. - Theo quan điểm của các kỹ sư địa kỹ thuật, kết cấu có độ cứng rất lớn, móng đặt trên nền đất làm nhiệm vụ nâng đỡ kết cấu nên được xem như một gối mềm (Hình 1.1).. - Với quan điểm kết cấu được xem như lá mỏng hoặc móng như một gối mềm, nếu một chuyển động rất bé cũng ảnh hưởng đến ứng xử của lá mỏng hoặc một số gia về lực cũng ảnh hưởng đến gối mềm. - Do đó, việc xét ứng xử đồng thời hệ kết cấu, móng và đất nền là cần thiết.. - Quan điểm về tương quan độ cứng kết cấu và móng (Grange, 2008). - 1.2 Ứng xử phi tuyến hệ móng-đất nền dưới tải trọng động đất Dưới tác dụng của lực quán tính, khi mô men gây quay vượt quá khả năng chống quay sẽ gây ra chuyển vị góc xoay của móng. - 1.3 Các phương pháp phân tích tương tác kết cấu-đất nền. - Về lý thuyết, có ba phương pháp phân tích bài toán tương tác kết cấu-đất nền. - Phương pháp kết cấu phụ được xây dựng trên cơ sở quy tắc cộng tác dụng giúp đơn giản hóa bài toán nhưng có nhược điểm: coi hệ kết cấu-đất nền làm việc tuyến tính. - “phần tử vĩ mô”.. - Dưới tác dụng của tải trọng động đất, ứng xử hệ móng-đất nền diễn ra rất phức tạp, đòi hỏi khối lượng tính toán lớn. - (ii) Nghiên cứu thực nghiệm tương tác kết cấu-đất nền được thực hiện với hai trường hợp có và không có kết cấu phần trên để phù hợp với mô hình phần tử vĩ mô, giúp kiểm tra khả năng ứng dụng của mô hình trong thực tế.. - (iii) Luận án tập trung khảo sát chuyển vị và gia tốc theo phương ngang của kết cấu để bổ sung cho hệ thống dữ liệu kết quả nghiên cứu bằng phần tử vĩ mô và bằng nghiên cứu thực nghiệm về tương tác kết cấu-đất nền.. - MÔ HÌNH TƯƠNG TÁC KẾT CẤU-ĐẤT NỀN CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT BẰNG PHẦN TỬ VĨ MÔ 2.1 Các đặc trưng cơ bản của phần tử vĩ mô. - Thay (2.11) vào công thức xác định hệ số đàn hồi tương đương của hệ móng-đất nền có được như sau (Paolucci, 2008):. - 2.4 Mô hình tương tác kết cấu-đất nền bằng phần tử vĩ mô Hệ móng-đất nền được mô phỏng dưới dạng phần tử vĩ mô chịu tải trọng động đất (Hình 2.3(a. - (a) Hệ móng-đất nền. - (b) Hệ kết cấu phần trên-móng- đất nền. - Mô hình phân tích tương tác kết cấu-đất nền (Paolucci, 2008). - Hệ kết cấu phần trên-móng-đất nền (Hình 2.3(b. - Hệ móng-đất nền (Paolucci, 1997):. - Hệ kết cấu phần trên-móng-đất nền:. - Khảo sát hệ móng-đất nền với móng nông mặt cắt hình vuông có kích thước cạnh 3m, cao 1,6m. - Các thông số tương đương của hệ móng-đất nền. - Chuyển vị (mm) Gia tốc (𝑚/𝑠 2. - Phần tử vĩ mô do luận. - Ứng dụng phần tử vĩ mô được đề xuất để xây dựng mô hình phân tích tương tác hệ móng-đất nền và hệ kết cấu phần trên-móng-đất nền.. - Xây dựng phương trình tích phân số theo phương pháp Newmark cho hai mô hình phân tích tương tác kết cấu-đất nền, phương trình (2.22) và (2.23).. - NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TƯƠNG TÁC HỆ KẾT CẤU-ĐẤT NỀN DƯỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 3.1 Cơ sở thiết kế mô hình thí nghiệm. - Kết cấu nguyên mẫu được đề xuất để nghiên cứu thực nghiệm trong chương này có dạng như Hình 3.1: kết cấu nhịp có khối lượng 120 tấn, chiều cao có hiệu ℎ =12,5m, móng nông hình vuông cạnh 𝐵=5m và cao 2m. - Hai mô hình thí nghiệm. - Kết cấu phần trên, khối lượng 120000𝑘𝑔/𝑛 3 = 120000𝑘𝑔/. - Trong thí nghiệm này, luận án thực hiện với gia tốc đỉnh: thí nghiệm móng-đất nền từ 0,5𝑚/𝑠 2 , 1,0𝑚/𝑠 2 , 1,5𝑚/𝑠 2 , 2,0𝑚/𝑠 2 và 2,5𝑚/𝑠 2. - thí nghiệm kết cấu phần trên-móng-đất nền từ 0,1𝑚/𝑠 2 , 0,2𝑚/𝑠 2 , 0,4𝑚/𝑠 2 , 0,8𝑚/𝑠 2 , 1,4𝑚/𝑠 2 và 2,0𝑚/𝑠 2 . - Thí nghiệm kết cấu phần trên-móng-đất nền, một gia tốc kế và chuyển vị kế được sử dụng, Hình 3.3(b).. - 3.4.1 Hệ móng-đất nền. - Độ lệch gia tốc cực đại trong thí nghiệm móng-đất nền. - Thí nghiệm. - 3.4.2 Hệ kết cấu phần trên-móng-đất nền. - kết cấu có chuyển vị lớn, lật trong trường hợp móng đặt trên mặt đất tại thời điểm 6,17s ứng với chuyển vị 27,80mm (Hình 3.4).. - Chuyển vị (mm). - Gia tốc (m/s2). - Phản ứng của đỉnh kết cấu phần trên T25. - với trường hợp móng đặt trên mặt đất, chuyển vị có giá trị lớn, kết cấu lật tại 4,35s tương ứng với chuyển vị 24,58mm (Hình 3.5). - Phản ứng đỉnh kết cấu phần trên T26. - Tổng hợp kết quả chuyển vị cực đại trong thí nghiệm hệ kết cấu phần trên-móng-đất nền. - T25 Kết cấu bị lật. - T26 Kết cấu bị lật. - Tổng hợp kết quả gia tốc cực đại trong thí nghiệm hệ kết cấu phần trên-móng-đất nền. - Đã thiết kế mẫu thí nghiệm, hộp đất phù hợp với: mô hình phần tử vĩ mô, mô hình phân tích tương tác kết cấu-đất nền, kích thước bàn rung hiện có tại Trường Đại học Giao thông vận tải. - Qua số liệu thí nghiệm hệ móng-đất nền cho thấy: giá trị gia tốc cực đại tại đỉnh móng đều lớn hơn so với bàn rung, hai trường hợp chôn móng đều khác so với trường hợp móng đặt trên mặt đất.. - Theo kết quả tổng hợp hệ kết cấu phần trên-móng-đất nền cho thấy: việc chôn móng làm giảm chuyển vị của kết cấu phần trên, trong khi gia tốc lại tăng lên so với trường hợp móng đặt trên mặt đất. - Như vậy, độ sâu chôn móng có ảnh hưởng đến ứng xử chịu động đất của kết cấu phần trên.. - PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KẾT CẤU CHỊU ĐỘNG ĐẤT BẰNG PHẦN TỬ VĨ MÔ. - 4.1 Ứng xử chịu động đất của hệ móng-đất nền. - Các thông số tương đương của hệ móng-đất nền (Bảng 4.1) được thay vào hệ phương trình (2.22). - Sai số của gia tốc cực đại giữa lý thuyết và thí nghiệm hệ móng-đất nền. - 4.2 Ứng xử chịu động đất của hệ kết cấu phần trên-móng-đất nền Bảng 4.3. - Các thông số tương đương của kết cấu phần trên. - Tổng hợp sai số của giá trị cực đại giữa lý thuyết và thí nghiệm hệ kết cấu phần trên-móng-đất nền. - T21-00 T22-00 T23-00 T24-00 T25-00 T26-00 Chuyển vị Kết cấu bị lật. - Gia tốc . - Phân tích ảnh hưởng của 𝑲 𝑺 đến ứng xử của kết cấu phần trên Trong Chương 2, luận án đã xây dựng phương trình tích phân số (2.23) theo phương pháp Newmark. - Gia tốc kết cấu phần trên. - Sau đây, luận án khảo sát ảnh hưởng của 𝑲 𝑆 (chính là độ cứng trụ 𝑘 1 ) đến gia tốc và chuyển vị ngang của kết cấu phần trên với thí nghiệm T21-00 và T24- 00 để có những nhận xét tiếp theo.. - Chuyển vị kết cấu phần trên Kết luận Chương 4. - Thực hiện phân tích ứng xử hệ kết cấu-đất nền dưới tải trọng động đất với trường hợp có và không có kết cấu phần trên. - Kết quả phân tích hệ móng-đất nền cho thấy: sai số của giá trị gia tốc cực đại giữa lý thuyết và thí nghiệm ứng với trường hợp T13-00 là -7,58%, T14-00 là -8,70%, T15-00 là -14,41%. - Kết quả phân tích hệ kết cấu phần trên-móng-đất nền cho thấy: sai số của giá trị chuyển vị và gia tốc cực đại giữa lý thuyết và thí nghiệm đều bé hơn 15%.. - Thực hiện khảo sát ảnh hưởng của độ cứng 𝑲 𝑆 cho thấy: việc bổ sung 𝑲 𝑆 vào phương trình tích phân số Newmark là phù hợp với phân tích gia tốc và chuyển vị ngang của kết cấu phần trên.. - Bước đầu, luận án đã đề xuất được mô hình phần tử vĩ mô xét đến cặp phi tuyến hình học và vật liệu, xây dựng hệ phương tình vi phân phù hợp với phân tích ứng xử kết cấu-đất nền chịu tải trọng động đất.. - Nghiên cứu thực nghiệm bàn rung tương tác kết cấu-đất nền: gia tốc đỉnh móng trong thí nghiệm móng-đất nền đều lớn hơn gia tốc bàn rung (T14-00 là 16,15%, T15-00 là 18,80%. - Phân tích tương tác hệ móng-đất nền dưới tải trọng động đất bằng hệ phương trình do luận án xây dựng so với phần mềm CyclicTP cho thấy: sai số giá trị cực đại của chuyển vị là 7,85%, của gia tốc là 0,04%;. - Hai mô hình thí nghiệm được mô phỏng bằng hệ phương trình do luận án xây dựng: hệ móng-đất nền có sai số gia tốc cực đại T13-00 là. - hệ kết cấu phần trên- móng-đất nền có sai số chuyển vị tại thời điểm lật móng T25-00 là 14,96% và T26-00 là 7,77%, sai số gia tốc cực đại T25-00 là -5,77%. - Kết quả phân tích hệ kết cấu phần trên-móng-đất nền với phương trình tích phân số do luận án xây dựng, phương trình của Paolucci thí nghiệm T21-00 và T24-00 cho thấy: sự xuất hiện của độ cứng 𝑲 𝑆 phù hợp để phân tích gia tốc và chuyển vị của kết cấu phần trên.. - Nghiên cứu thực nghiệm bàn rung tương tác kết cấu-đất nền với gia tốc động đất có độ lớn thay đổi, chiều sâu chôn móng khác nhau.. - Xây dựng được phương trình tích phân số tương tác kết cấu-đất nền theo phương pháp Newmark.. - Về lý thuyết, phần tử vĩ mô do luận án đề xuất cần tiếp tục nghiên cứu các nội dung sau: điều kiện cơ học của lật móng, các kết cấu móng và đất nền khác nhau, xét cặp ứng xử chuyển vị-góc xoay của móng.. - Về thực nghiệm, ghi nhận các trường hợp xuất hiện phi tuyến hình học hệ móng-đất nền rất rõ ràng nhưng chưa được phân tích, đánh giá cũng như cần đánh giá đặc tính phi tuyến vật liệu của hệ. - Huỳnh Văn Quân, Nguyễn Xuân Huy và Nguyễn Trung Kiên, Ứng xử của kết cấu chịu tác dụng động đất có xét đến tương tác phi tuyến đất nền-kết cấu, Tuyển tập công trình khoa học Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ X, Học viện Kỹ thuật quân sự, Hà Nội Tập 3, tr. - Huỳnh Văn Quân, Nguyễn Xuân Huy và Nguyễn Trung Kiên (2018), Mô hình phi tuyến hình học biến dạng nền trong phân tích ứng xử kết cấu chịu tải trọng động đất, Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, 66, tr
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt