- ĐÁNH GIÁ TỔN THƯƠNG ĐỊA CHẤN CHO CÔNG TRÌNH CÓ KẾT CẤU TƯỜNG GẠCH CHỊU LỰC SỬ DỤNG GỐI CÁCH CHẤN ĐÁY. - ĐÀN HỒI CỐT SỢI DẠNG LIÊN KẾT Ngô Văn Thuyết 1. - Tóm tắt: Nhà kết cấu tường gạch chịu lực thường bị hư hỏng khi động đất xảy ra. - Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi là một loại gối cách chấn đa lớp mới được kỳ vọng sử dụng cho công trình dân dụng trung và thấp tầng để giảm hư hỏng cho công trình chịu động đất. - Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi đang được phát triển theo hai dạng: dạng liên kết và không liên kết. - Trong nghiên cứu này, đánh giá tổn thương địa chấn của nhà kết cấu tường gạch chịu lực sử dụng gối cách chấn đáy đàn hồi cốt sợi dạng liên kết bằng đồ thị trạng thái phá hủy được khảo sát. - Kết quả cho thấy công trình sử dụng gối cách chấn đàn hồi cốt sợi giảm hư hỏng đáng kể so với công trình móng cứng khi động đất xảy ra.. - Từ khóa: Nhà kết cấu tường gạch chịu lực, gối cách chấn đàn hồi cốt sợi, đồ thị trạng thái phá hủy, đánh giá tổn thương địa chấn, trạng thái phá hủy.. - Nhà kết cấu tường gạch chịu lực là dạng kết cấu dễ bị hư hỏng theo các trạng thái phá hủy khác nhau khi động đất xảy ra. - Đồ thị trạng thái phá hủy kết cấu là một công cụ hữu hiệu để đánh giá tổn thương địa chấn cho công trình. - Đánh giá tổn thương địa chấn cho nhà thấp tầng kết cấu tường gạch chịu động đất bằng đồ thị trạng thái phá hủy đã được khảo sát trong nghiên cứu của (Ngô Văn Thuyết, 2021a). - Vậy nên việc đề xuất một biện pháp để giảm thiểu hư hỏng cho công trình kết cấu tường gạch chịu lực chịu động đất là một việc làm cần thiết.. - Gối cách chấn đàn hồi cốt sợi (fiber reinforced elastomeric isolator, gọi tắt là gối FREI) là một loại gối cách chấn đa lớp mới, được kỳ vọng là biện pháp giảm hư hỏng cho công trình trung và thấp tầng chịu động đất. - Trong công trình cách chấn đáy, gối cách chấn thường được đặt ở bên trên phần đài móng và bên dưới phần thân công trình. - 1 Bộ môn Kết cấu công trình, Trường Đại học Thủy lợi. - Gối FREI đang được nghiên cứu, phát triển theo hai dạng: gối cách chấn đàn hồi cốt sợi dạng liên kết (bonded fiber reinforced elastomeric isolator, gọi tắt là gối B-FREI) và gối cách chấn đàn hồi cốt sợi dạng không liên kết (unbonded fiber reinforced elastomeric isolator, gọi tắt là gối U- FREI). - Các gối B-FREI và U-FREI khác nhau ở cách thức liên kết gối cách chấn với công trình:. - gối B-FREI có hai tấm đế thép dày ở đáy và đỉnh gối để liên kết với phần đài móng và phần thân công trình thông qua các bu lông. - gối U-FREI được đặt trực tiếp lên bề mặt đài móng và dưới phần thân công trình mà không cần bất kỳ liên kết vật lý nào.. - Hiệu quả cách chấn của công trình cách chấn đáy sử dụng gối cách chấn đàn hồi cốt sợi chịu động đất đã được nghiên cứu trong vài năm trở lại đây như nghiên cứu của (Ngô Văn Thuyết và Nguyễn Văn Thắng, 2018), (Ngô Văn Thuyết, 2021b). - Các nghiên cứu này đều khảo sát hiệu quả cách chấn của công trình cách chấn đáy chịu động đất bằng phương pháp phân tích mô hình số sử dụng phân tích động theo thời gian. - công trình có kết cấu tường gạch chịu lực sử dụng gối cách chấn đáy đàn hồi cốt sợi bằng đồ thị trạng thái phá hủy. - Mới chỉ có nghiên cứu của (Thuyet et al., 2018) về đánh giá tổn thương địa chấn của công trình tường gạch chịu lực sử dụng gối cách chấn đàn hồi cốt sợi dạng không liên kết.. - Nghiên cứu này đã khảo sát đánh giá tổn thương địa chấn cho công trình có kết cấu tường gạch chịu lực sử dụng gối cách chấn đáy đàn hồi cốt sợi dạng liên kết (B-FREI) bằng đồ thị trạng thái phá hủy. - Ngoài ra, tổn thương địa chấn của công trình có gối cách chấn đáy được so sánh với công trình móng cứng để thấy được hiệu quả giảm hư hỏng cho công trình khi động đất xảy ra.. - MÔ TẢ VỀ CÔNG TRÌNH CÁCH CHẤN ĐÁY. - Một công trình nhà kết cấu tường gạch chịu lực với các thông số về kích thước và vật liệu giả định được lựa chọn nghiên cứu. - Công trình gồm ba tầng có các tường gạch đôi chịu lực dày 220 mm và sàn bê tông cốt thép dày 120 mm (bê tông cấp độ bền B15). - Tường gạch được xây bởi gạch đất sét nung mác M75 và vữa vôi mác M2,5. - Phần mái công trình có kết cấu vì kèo đỡ và lợp mái ngói. - Mặt bằng tầng điển hình của công trình được thể hiện trong Hình 1.. - Công trình cách chấn đáy sử dụng tổng cộng 8 gối cách chấn đàn hồi cốt sợi dạng liên kết (B- FREI). - Vị trí đặt gối cách chấn trên mặt bằng được thể hiện trong Hình 2. - Các gối cách chấn này đều có kích thước như nhau và được đặt bên trên đài móng, bên dưới hệ dầm đỡ toàn bộ tường chịu lực như Hình 3.. - Mặt bằng tầng điển hình của công trình Các gối cách chấn có kích thước 250x250x100 mm. - Hệ số hình dạng của các gối cách chấn là S = 12,5.. - XÂY DỰNG MÔ HÌNH CÔNG TRÌNH VÀ TẢI TRỌNG. - Công trình được xây dựng theo mô hình không gian bằng phần mềm SAP2000 v15. - Tường gạch (khối xây) được mô phỏng bằng phần tử tấm phi tuyến nhiều lớp. - Phần mái có kết cấu vì kèo đỡ mái ngói nên trong mô phỏng quy đổi thành tải trọng phân phối đặt lên tường chịu lực. - Gối cách chấn được mô phỏng bằng phần tử liên kết (link) dạng rubber isolator. - Đối với công trình móng cứng, tất cả các nút ở chân tường tầng 1 để liên kết ngàm.. - Thông số đặc tính cơ học của các phần tử khối xây và gối cách chấn được trình bày dưới đây.. - Mặt bằng bố trí gối cách chấn. - Vị trí đặt gối cách chấn trong công trình. - Trong nghiên cứu này, tường gạch được xây bởi gạch đất sét nung mác M75 và vữa vôi mác M2,5. - Thông số đầu vào của gối cách chấn Gối cách chấn được mô hình bằng phần tử liên kết dạng rubber isolator. - Các đặc tính cơ học của gối cách chấn về ứng xử ngang theo hai phương nằm ngang (X và Y) và ứng xử đứng theo phương Z đều được sử dụng để khai báo. - Ứng xử ngang của gối cách chấn được mô hình bằng mô hình vòng lặp trễ song tuyến với 4 thông số sau: Độ cứng ngang hiệu dụng K eff , độ cứng ban đầu K 1 , lực cắt ngang ở vị trí chảy F y và tỷ số độ cứng n = K 2 /K 1 . - phương đứng của gối cách chấn đa lớp được tính theo công thức sau:. - E c là mô-đun chịu nén tức thời của hỗn hợp cao su - sợi cacbon, đối với gối cách chấn có mặt cắt ngang hình vuông thì E c = 6,73GS 2 . - Công trình được phân tích tĩnh phi tuyến trong hai trường hợp: sử dụng gối cách chấn B- FREI và móng cứng. - Tải trọng tác dụng lên công trình trong các trường hợp là như nhau, bao gồm tải trọng bản thân, tĩnh tải các lớp cấu tạo sàn và hoạt tải. - Mô hình không gian công trình cách chấn đáy (đã chia phần tử) được thể hiện trong Hình 7.. - Mô hình công trình cách chấn đáy bằng phần mềm SAP2000. - NHẬN BIẾT CÁC TRẠNG THÁI PHÁ HỦY CỦA CÔNG TRÌNH. - Đối với công trình nhà kết cấu tường gạch chịu lực, các trạng thái phá hủy được nhận biết thông qua chuyển vị tương đối từng tầng (Calvi, 1999), được chia thành 4 trạng thái sau: trạng thái không phá hủy và phá hủy nhỏ (Damage State 1, gọi tắt là trạng thái DS1), trạng thái phá hủy vừa (DS2), trạng thái phá hủy lớn (DS3) và trạng thái phá hủy hoàn toàn (DS4). - trong đó, ngưỡng chuyển vị tương đối từng tầng được sử dụng để giới hạn các trạng thái phá hủy (Limit State - LS). - Vị trí các trạng thái phá hủy được xác định trên đường cong khả năng của công trình như thể hiện trong Hình 8.. - Vị trí các trạng thái phá hủy trên đường cong khả năng của công trình. - Đối với công trình cách chấn đáy, ngoài 4 trạng thái phá hủy trên còn kể thêm một trạng thái phá hủy nữa của gối cách chấn (DS5). - Gối cách chấn đa lớp nói chung được thiết kế làm việc đến chuyển vị ngang giới hạn là 1,50t r. - KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ BÌNH LUẬN Phân tích tĩnh phi tuyến công trình trong 2 trường hợp: móng cứng và sử dụng gối B-FREI được thực hiện. - Đường cong khả năng của công trình (thể hiện mối quan hệ giữa lực cắt ngang và chuyển vị mái) tương ứng với phương dao động riêng thứ nhất của công trình (phương X) được khảo sát. - Kết quả nhận biết vị trí giới hạn các trạng thái phá hủy trên đường cong khả năng và đường cong mối quan hệ giữa phổ gia tốc với phổ chuyển vị của công trình trong hai trường hợp trên được thể hiện trong các Hình 9 và 10.. - Đường cong khả năng và vị trí giới hạn các trạng thái phá hủy của công trình. - Quan hệ giữa phổ gia tốc - phổ chuyển vị và vị trí các trạng thái phá hủy của công trình Từ các hình vẽ thấy rằng giá trị lực cắt ngang của công trình cách chấn đáy luôn lớn hơn giá trị lực cắt ngang của công trình móng cứng (Hình 9);. - giá trị phổ gia tốc của công trình cách chấn đáy luôn nhỏ hơn giá trị tương ứng của công trình móng cứng (Hình 10) ở từng giới hạn trạng thái phá hủy của công trình. - Công trình cách chấn đáy chưa bị phá hủy gối cách chấn (DS5), khi công. - trình cách chấn đáy đạt đến ngưỡng LS4 thì lúc này chuyển vị ngang của gối cách chấn là 50 mm.. - Theo FEMA (2003), đồ thị trạng thái phá hủy được xác định thông qua hàm phân phối chuẩn của phổ chuyển vị cho bởi công thức sau:. - là giá trị của ngưỡng phổ chuyển vị tại một trạng thái phá hủy nhất định. - DS là độ lệch chuẩn của logarit tự nhiên của phổ chuyển vị ứng với trạng thái phá hủy đó. - giá trị DS được lấy theo (FEMA, 2003) cho công trình nhà thấp tầng kết cấu tường gạch chịu lực. - 0,65 cho tất cả các trạng thái phá hủy. - Đồ thị trạng thái phá hủy của công trình trong cả hai trường hợp phân tích được thể hiện trong Hình 11.. - (a) Công trình móng cứng (b) Công trình cách chấn đáy Hình 11. - Đồ thị trạng thái phá hủy của công trình. - Từ Hình 11 thấy rằng xác suất để công trình bị hư hỏng ở các trạng thái phá hủy lớn, phá hủy hoàn toàn của công trình cách chấn đáy giảm đáng kể so với công trình móng cứng. - Chẳng hạn như khi có một trận động đất xảy ra với phổ chuyển vị lớn nhất là 20 mm, xác suất để công trình móng cứng bị hư hỏng ở trạng thái DS1 là 0,5%, ở trạng thái DS2 là 15,7%, ở trạng thái DS3 là 25,0% và ở trạng thái DS4 là 58,8%. - suất để công trình cách chấn đáy bị hư hỏng ở các trạng thái phá hủy DS1, DS2, DS3 và DS4 lần lượt là và 3,1%. - Như vậy, công trình móng cứng chủ yếu bị hư hỏng ở các trạng thái phá hủy lớn và phá hủy hoàn toàn, trong khi đó công trình cách chấn đáy chỉ bị hư hỏng ở các trạng thái phá hủy nhỏ. - Điều đó chứng tỏ rằng công trình cách chấn đáy giảm hư hỏng đáng kể, an toàn hơn so với công trình móng cứng khi động đất xảy ra.. - Phân phối xác suất theo các trạng thái phá hủy của công trình trong các trường hợp. - Nghiên cứu này trình bày đánh giá tổn thương địa chấn cho công trình có kết cấu tường gạch chịu lực sử dụng gối cách chấn đáy đàn hồi cốt sợi. - dạng liên kết bằng đồ thị trạng thái phá hủy. - Tổn thương địa chấn của công trình cách chấn đáy được so sánh với tổn thương địa chấn của công trình móng cứng để thấy được hiệu quả giảm hư hỏng cho công trình khi động đất xảy ra. - Công trình móng cứng và công trình cách chấn đáy được phân tích tĩnh phi tuyến bằng phần mềm SAP2000 v.15. - Kết quả phân tích cho thấy ở cùng một giá trị phổ chuyển vị, công trình móng cứng chủ yếu bị hư hỏng ở các trạng thái phá hủy lớn và phá hủy hoàn toàn, trong khi công trình cách chấn đáy chỉ bị hư hỏng ở các trạng thái phá hủy nhỏ.. - Như vậy, công trình cách chấn đáy giảm hư hỏng đáng kể, an toàn hơn so với công trình móng cứng khi động đất xảy ra.. - Ngô Văn Thuyết, Nguyễn Văn Thắng (2018), “Hiệu quả cách chấn của nhà khung bê tông cốt thép sử dụng gối cách chấn đàn hồi cốt sợi FREI chịu động đất”, Tạp chí Xây dựng, Bộ Xây dựng, 606, tr.. - Ngô Văn Thuyết (2021a), “Đánh giá tổn thương địa chấn của nhà thấp tầng kết cấu tường gạch chịu lực bằng đồ thị trạng thái phá hủy”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Mội trường, 73(1), tr. - Ngô Văn Thuyết (2021b), “So sánh hiệu quả cách chấn của nhà khung bê tông cốt thép thấp tầng sử dụng gối cách chấn đàn hồi cốt sợi dạng liên kết và không liên kết chịu động đất”, Tạp chí Người Xây dựng, 353-354, tr
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt