MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG...

14
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC 193 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT VÀ ĐỀ XUẤT CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHO CÁC CÔNG TRÌNH Ở VIỆT NAM PHM PH ANH HUY * TÓM TT Trong bối cảnh hiện nay, với sự biến đổi mạnh mẽ của các điều kiện tự nhiên gây nên các hậu quả cực kỳ nghiêm trọng đối với môi trường, công trình và con người. Trong đó động đất là hiện tượng gây ra nhiều thảm họa cho con người và các công trình. Năm 2006 Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất TCXDVN375-2006 (dựa trên cơ sở tiêu chuẩn EUROCODE8- Design of structure for earthquake resistance, có bổ sung một số phần mang tính chất đặc thù của Việt nam) nhưng chưa có những hướng dẫn cụ thể để các cán bộ kỹ thuật có thể tính toán các tác động của tải trọng động đất lên công trình. Bài viết nhằm cung cấp những phương pháp tính toán tỉa trọng động đất và đề xuất phương pháp áp dụng cho các công trình xây dựng ở Việt Nam nói chung và Đà nẵng nói riêng. Từ khóa: động đất, lý thuyết kháng chấn, lý thuyết động đất ABSTRACT In this context, the strong variation of the natural conditions causes extremely serious consequences for the environment and human works. Earthquake is a phenomenon that causes many disasters to humans and other works. Vietnam in 2006 issued the standard of construction design under earthquake TCXDVN375-2006 (based on EUROCODE8-Design standards for seismic resistance of structure, with some additional characteristics of Vietnam) but there have been no specific instructions to the technical staff who can calculate the effects of earthquake loading on the project. The article aims to provide trim weight calculation method and to propose seismic methods applied to construction projects in Vietnam in general and Danang in particular. Key words: earthquake; seismic resistance; theory of earthquake. * ThS, Trường Đại Học Duy Tân

Transcript of MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG...

Page 1: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

193

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT VÀ ĐỀ XUẤT CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

CHO CÁC CÔNG TRÌNH Ở VIỆT NAM

PHAM PHU ANH HUY *

TÓM TĂT

Trong bối cảnh hiện nay, với sự biến đổi mạnh mẽ của các điều kiện tự nhiên gây nên các hậu quả cực kỳ nghiêm trọng đối với môi trường, công trình và con người. Trong đó động đất là hiện tượng gây ra nhiều thảm họa cho con người và các công trình. Năm 2006 Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất TCXDVN375-2006 (dựa trên cơ sở tiêu chuẩn EUROCODE8- Design of structure for earthquake resistance, có bổ sung một số phần mang tính chất đặc thù của Việt nam) nhưng chưa có những hướng dẫn cụ thể để các cán bộ kỹ thuật có thể tính toán các tác động của tải trọng động đất lên công trình. Bài viết nhằm cung cấp những phương pháp tính toán tỉa trọng động đất và đề xuất phương pháp áp dụng cho các công trình xây dựng ở Việt Nam nói chung và Đà nẵng nói riêng.

Từ khóa: động đất, lý thuyết kháng chấn, lý thuyết động đất

ABSTRACT

In this context, the strong variation of the natural conditions causes extremely serious consequences for the environment and human works. Earthquake is a phenomenon that causes many disasters to humans and other works. Vietnam in 2006 issued the standard of construction design under earthquake TCXDVN375-2006 (based on EUROCODE8-Design standards for seismic resistance of structure, with some additional characteristics of Vietnam) but there have been no specific instructions to the technical staff who can calculate the effects of earthquake loading on the project. The article aims to provide trim weight calculation method and to propose seismic methods applied to construction projects in Vietnam in general and Danang in particular.

Key words: earthquake; seismic resistance; theory of earthquake.

* ThS, Trường Đại Học Duy Tân

Page 2: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

194

1. Mơ đâu

Trong thời gian gần đây hiện tượng động đất xảy ra thường xuyên với độ lớn càng mạnh. Như trận động đất xảy nha ở Nhật vào ngày 11.03.2011 với độ lớn 8,9 độ Richter và đã gây nên sóng thần, làm hư hỏng nhiều nhà cửa và đặc biệt làm hư hỏng các nhà máy điện hạt nhân nghiêm trọng. Dưới đây là một số trân động đất lớn trong lịch sử :

1. 9,5 độ Richter: Ngày 5.5.1960, trận động đất ở phía Nam Chile làm chết hơn 1.600 người và khiến 2 triệu người mất nhà cửa.

2. 9,2 độ Richter: Ngày 27.3.1964, trận động đất và sóng thần ở Alaska, Mỹ, làm 128 người chết và gây thiệt hại nghiêm trọng cho thành phố lớn nhất Anchorage của bang này.

3. 9,1 độ Richter: Ngày 26.12.2004, trận động đất trong vùng biển Indonesia gây cơn sống thần cực lớn hủy hoại bờ biển của các nước xung quanh Ấn Độ Dương và làm chết hơn 220.000 người.

4. 9,0 độ Richter: Ngày 4.11.1952, trận động đất ngoài khơi bán đảo hẻo lánh Kamchatka ở vùng viễn đông của Nga gây ra cơn sóng thần lan rộng trên Thái Bình Dương.

5. 9,0 độ Richter: Xảy ra ở Peru vào ngày 13.8.1868.

6. 9,0 độ Richter: Ngày 26.1.1700, trận động đất cách bờ biển Bắc Mỹ 1.000 km gây ra sóng thần trên Thái Bình Dương và gây thiệt hại cho cả những dân làng ở bờ biển Nhật Bản.

7. 8,9 độ Richter: Ngày 11.3.2011, trận động đất ngoài khơi đông bắc Nhật Bản gây ra cơn sóng thần cao 10 mét.

8. 8,8 độ Richter: Ngày 27.2.2010. Trận động đất ngoài khơi Chile và sóng thần làm chết hơn 500 người, phần lớn ỏ vùng duyên hải Maule, cách 400 km về phía tây nam thủ đô Santiago.

9. 8,8 độ Richter: Ngày 31.1.1906, trận động đất ở vùng bờ biển Ecuador và Colombia đã gây rung chuyển cả thành phố San Francisco ở Mỹ.

10. 8,7 độ Richter: Ngày 4.2.1965. Trận động đất ở quần đảo Rat hẻo lánh thuộc bang Alaska, Mỹ, gây ra cơn sóng thần cao đến 10 mét.

Các phương pháp tính toán động đất được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu và ngày càng hoàn thiện hơn với mức độ chính xác ngày càng cao. Cùng với xu thế đó Việt Nam đã ban hành TCXDVN375-2006 (tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất), tiêu chuẩn này dựa trên cơ sở của tiêu chuẩn EUROCODE8 - Design of structure for earthquake resistance đã có bổ sung và thây thế một số nội dung cho phù hợp với điều kiện Việt Nam. Tuy nhiên việc hướng dẫn cho các cán bộ làm công tác thiết kế có thể tính toán tác động của tải trọng động đất. Bài viết tổng hợp các phương pháp tính toán động đất và đề xuất phương pháp tốt nhất có thể áp dụng trong điều kiện Việt Nam hiện nay.

Page 3: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

195

2. Sơ lược cac phương phap tính toan tac động của tai trong động đât

Trong những năm đầu thế kỷ XX nhà khoa học Nhật F.Omori đã đề xuất lý thuyết tính toán tĩnh để xác định tải trọng động đất. Với phương pháp này ta xem công trình như vật thể tuyệt đối cứng đặt trên nền đất và chấp nhận giả thiết : gia tốc, tốc độ, chuyển vị ngang tại bất cứ vị trí nào trên công trình cũng bằng các đặc trưng dao động nền đất tại chân công trình. Như vậy ta có :

max,0.xmF = (1)

m : khối lượng công trình.

x0,max : gia tốc cực đại của nền đất dưới chân công trình.

Có thể viết lại công thức (1) dưới dạng : QKQg

xF s..max,0 ==

(2)

g : gia tốc trọng trường.

Ks : hệ số địa chấn.

Phương pháp này có nhược điểm :

- Có rất ít kết cấu nào có thể xem là tuyệt đối cứng.

- Khi nền đất chuyển động đa số các công trình đều biến dạng nên chuyển vị và gia tốc ở tại các vị trí khác nhau trên công trình là khác nhau.

- Chu kỳ dao động tự nhiên của hệ kết cấu trùng hoặc gần trùng với chu kỳ dao động của nền đất thì có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng làm hiệu ứng tác động của động đất tăng lên nhiều lần.

- Chưa xét đến độ cản của kết cấu trong quá trình dao động.

Năm 1920 nhà khoa học Nhật N.Mononobe đã bổ sung thêm các tính chất biến dạng của kết cấu. Mononobe đưa vào hệ số khuyếch đại động:

20

2

1

1

TT

−=β

(3)

T : chu kỳ dao động của công trình

T0 : chu kỳ dao động của nền đất

QKQg

xF s ..max,0 ==

β (4)

Tuy nhiên N.Mononobe đã bỏ qua lực cản, chưa xét đến lực động đất sẽ tăng

Page 4: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

196

thêm khi có tác dụng của dao động tự do và dao động cưỡng bức, phạm vi áp dụng cũng cho kết cấu có 1 bậc tự do nhưng giải quyết được sự phân bố động đất theo chiều cao cong trình (tức kết cấu có nhiều bậc tự do).

Năm 1927 nhà khoa học Nga K.Zavriev đã đưa ra các yếu tố quan trong trong dao đọng tư nhiên trong giai đoạn khởi đầu của tác động động đất. Zavriev đã đặt nền móng đầu tiên cho cơ sở lý thuyết động lực trong tính toán tác động động đất.

Năm 1934 Nhà khoa học Mỹ M.Biot đã đề xuất phương pháp tính tải trọng động đất bằng cách dùng các số liệu dao động nền đất thực ghi lại được khi động đất xảy ra.

Năm 1949 Housner và Kahn đã đưa ra được cách xác định phỏ gia tốc bằng thiết bị tương tự điện

Vào những thập niên 80 của thế kỷ XX hàng loạt các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm được thực hiện, quan điểm thiết kế kháng chấn mới được hình thành. Theo các quan điểm mới này các công trình được thiết kế sao cho có khả năng chịu được các trận động đất vừa và nhỏ xuất hiện ngẫu nhiên mà công trình không bị hư hỏng, khi gặp các trận động đất mạnh thì công trình không bị sụp đổ.

3. Nội dung va trình tư tính toan của cac phương phap.

a. Phương phap tính lưc ngang tương đương

Bước 1 : Xác định chu kỳ dao động cơ bản T1 (có thể xác định từ các phần mềm tính toán kết cấu hoặc theo công thức gần đúng của TCXDVN375-2006.

Bước 2 : xác định điều kiện áp dụng

Phương pháp tính lực ngang tương đương được dùng khi thỏa mãn cả 2 điều kiện sau :

- Có các chu kỳ dao động cơ bản theo 2 hướng chính thỏa mãn : T1 < = (4TC;2s)

-Thỏa mãn về tính đều đặn theo mặt đứng của công trình

Bước 3 : Xác định phổ phản ứng không thứ nguyên gTSTS d

d)()( 1

1 =

Bước 4 : xác định lực cắt đáy Fb = Sd (T1) . m . l

Bước 5 : phân phối lực cắt đáy cho các tầng :

∑=

jj

iibi ms

msFF.

..

Khi dạng dao động cơ bản được lấy gần đúng bằng các chuyển vị nằm ngang tăng tuyến tính dọc theo chiều cao thì lực ngang Fi tính bằng:

Page 5: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

197

∑=

jj

iibi mz

mzFF.

..

b. Phương phap phô phan ưng

Phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động là phương pháp động lực học kết cấu sử dụng phổ phản ứng dộng lực của tất cả các dạng dao động ảnh hưởng đến phản ứng tổng thể của kết cấu. Phổ phản ứng của các dạng dao động được xác định dựa trên tọa độ của các đường cong phổ phản ứng thích hợp với các chu kỳ dao động riêng tương ứng.

Bước 1 : Xác định điều kiện áp dụng : có thể áp dụng cho tất cả các loại công trình.

Bước 2 : Xác định số dạng dao động cần xét trong phương pháp phổ phản ứng.

- Phải xét đến phản ứng của tất cả các dạng dao động góp phần đáng kể vào phản ứng tổng thể của công trình, điều này sẽ thỏa mãn nếu công trình đạt một trong 2 điều kiện sau :

Tổng các trọng lượng hữu hiệu của các dạng dao động được xét đến chiếm ít nhất 90% tổng trọng lượng của kết cấu.

Tất cả các dạng dao động có trọng lượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng trọng lượng đều được xét đến.

- Nếu điều kiện nếu trên không được thỏa mãn (như nhà và công trình mà dao động xoắn góp phần đáng kể) thì số lượng tối thiểu các dạng dao động k cần được xét đến trong tính toán phải thỏa mãn 2 điều kiện sau :

nk .3≥ và sTk 2,0≤

k : số dạng dao động cần được xét đến trong tính toán.

n : số tầng ở trên móng hoặc đỉng của phần cứng phía dưới.

Tk : chu kỳ dao động riêng tương ứng với dạng dao động thứ k.

Bước 3 : Xác định phổ thiết kế không thứ nguyên )( id TS ứng với từng dạng dao động.

i : dạng dao động riêng thứ i tương ứng theo phương X trên mặt bằng.

Bước 4 : Xác định lực cắt đáy tại chân công trình tương ứng với dạng dao động thứ i theo phương X bằng công thức sau :

iXidiX WTSF ,, ).(= (5)

Page 6: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

198

iXW , : trọng lượng hữu hiệu (theo phương X trên mặt bằng) tương ứng với dạng dao động thứ i

=

== n

jjji

n

jjji

iX

WX

WXW

1

2,

2

1,

,

.

).(

(6)

n : tổng số bậc tự do (số tầng) xét đến theo phương X.

Xi,j : giá trị chuyển vị theo phương X trên mặt bằng tại điểm đặt trọng lượng thứ j của dạng dao động thứ i.

Wj : trọng lượng tập trung tại tầng thứ j của công trình.

Bước 5 : Phân phối lực cắt đáy cho các tầng.

Bước 6 : tổ hợp các dạng dao động

Để đơn giản xem các dao động là độc lập tuyến tính việc tổ hợp các dạng dao động theo nguyên tắc căn bậc hai của tổng các bình phương.

Khi các dạng dao động không độc lập tuyến có thể tham khảo thêm TCXDVN375-2006 để tổ hợp các dạng dao động.

Trình tự được thực hiện tương tự như đối với phương y.

c. Phương phap tính toan tĩnh phi tuyến (đây dân)

Phương pháp này được thực hiện với điều kiện : lực trọng trường không đổi, tải trọng ngang tăng lên một cách đơn điệu

Phương pháp này được dùng với các mục đích sau

- Để kiểm tra hoặc đánh giá lại các tỷ số vượt cường độ

- Để xác định cơ cấu dẻo dự kiến và sự phân bố hư hỏng.

- Để đánh giá công năng hoặc gia cố công trình đã có.

- Sử dụng như một phương pháp thiết kế

d. Phương phap phân tích phi tuyến theo lịch sư thơi gian

Phương pháp này được xây dựng trên cơ sở các biểu đồ gia tốc động đất có sẵn theo hàm thời gian

Hệ phương trình vi phân đối ới hệ nhiều bậc tự do được viết dưới dạng ma trận :

[ ]{ } [ ]{ } [ ]{ } [ ]{ } )(0 txEMxKxCxM −=++ (7)

[ ]M : ma trận khối lượng.

Page 7: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

199

[ ]C : ma trận lực cản.

[ ]K : Ma trận độ cứng.

{ }E : Véc tơ đơn vị.

Phương pháp này đòi hỏi phải có sẵn các biểu đồ gia tốc, đối với vùng ít xảy ra động đất như Việt Nam việc có sẵn các số liệu là rất khó khăn.

4. Chon phương phap phân tích

Lựa chọn theo mức độ phức tạp của kết cấu

Loai kết câu Phương phap tính toan

Các kết cấu nhỏ, đơn giản 1. Tĩnh lực ngang tương đương2. Phổ phản ứng

Các kết cấu lớn và phức tạp dần 3. Phân tích dạng chính4. Tĩnh phi tuyến

Các kết cấu lớn, phức tạp 5. Tích phân trực tiếp6. Kết cấu nền - đất phi tuyến

Lựa chọn theo tính đều đặn của công trình

Tính đêu đặn Được phep đơn gian hoaTrong mặt bằng Trên chiều cao Mô hình Phân tích đàn hồi phi tuyếnCó Có Phẳng Tĩnh lực ngang tương đươngCó Không Phẳng Dạng dao độngKhông Có Không gian Tĩnh lực ngang tương đươngKhông Không Không gian Dạng dao động

Các qui định về tính đều đặn của kết cấu có thể tham khảo thêm TCXDVN375-2006.

4. Ví du

Cho một công trình có mặt bằng như hình vẽ với các số liệu sau :

Cột : (40x70)cm, dầm : (30x60)cm, sàn dày 12cm, vách dày 20cm.

Tĩnh tải : trọng lượng bản thân kết cấu etabs tự tính, tĩnh tải do các lớp cấu tạo : 0,11t/m2.

Hoạt tải sử dụng : 0,36t/m2.

Nền đất : B; Địa điểm xây dựng : Quận Hải Châu - TP Đà Nẵng.

Công trình có 5 nhịp L = 6m; 4 bước B=4m;

Yêu cầu : Xác định tải trọng động đất.

Page 8: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

200

Hình 1 : Sơ đồ mặt bằng và sơ đồ tính trên ETABSV9.5.0

Chọn phương pháp để tính toán : Phương pháp phổ phản ứng

Bươc 1 : đưa công trình vào phần mềm ETABS V9.5.0 để phân tích và lấy được các kết quả sau :

Các kết quả xuất từ etabs V9.5.0 :

Bươc 2 : Xác định số dạng dao động cần xét đến theo phương X

Ta thấy theo phương X có các mode dao dộng 1, 5, 9 có Xi,j khác không do vậy trọng lượng hữu hiệu sẽ khác không, cụ thể :

Trong lượng hữu hiêu của mode 1 :

Story MassXWj

X1,j X1,j*Wj (X1,j2)*Wj

STORY12 71.30 -0.050 -3.964 -0.012STORY11 85.39 -0.050 -4.304 -0.011STORY10 85.39 -0.045 -3.843 -0.008STORY9 85.39 -0.039 -3.373 -0.005STORY8 85.39 -0.033 -2.895 -0.003STORY7 85.39 -0.028 -2.408 -0.002STORY6 85.39 -0.022 -1.939 -0.001STORY5 85.39 -0.017 -1.486 0.000STORY4 85.39 -0.012 -1.067 0.000STORY3 85.39 -0.008 -0.692 0.000STORY2 85.39 -0.004 -0.376 0.000STORY1 88.9226 -0.001 -0.151 0.000

-26.499 -0.043Trong lượng hữu hiêu 614.182

Page 9: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

201

Trong lượng hữu hiêu của mode 5 :

Story MassX Wj

X1,j X1,j*Wj (X1,j2)*Wj

STORY12 71.30 0.050 3.615 0.009STORY11 85.39 0.031 2.724 0.003STORY10 85.39 0.012 1.067 0.000STORY9 85.39 -0.006 -0.529 0.000STORY8 85.39 -0.022 -1.913 -0.001STORY7 85.39 -0.034 -2.946 -0.004STORY6 85.39 -0.041 -3.553 -0.006STORY5 85.39 -0.043 -3.689 -0.007STORY4 85.39 -0.039 -3.365 -0.005STORY3 85.39 -0.031 -2.673 -0.003STORY2 85.39 -0.020 -1.768 -0.001STORY1 88.92 -0.009 -0.863 0.000

-13.892 -0.014Trong lượng hữu hiêu 994.470

Trong lượng hữu hiêu của mode 9 :

Story MassX Wj

X1,j X1,j*Wj (X1,j2)*Wj

STORY12 71.30 -0.044 -3.202 -0.006STORY11 85.39 -0.016 -1.375 0.000STORY10 85.39 0.012 1.085 0.000STORY9 85.39 0.033 2.835 0.003STORY8 85.39 0.039 3.365 0.005STORY7 85.39 0.029 2.553 0.002STORY6 85.39 0.008 0.717 0.000STORY5 85.39 -0.017 -1.460 0.000STORY4 85.39 -0.037 -3.211 -0.005STORY3 85.39 -0.040 -3.928 -0.008STORY2 85.39 -0.040 -3.424 -0.006STORY1 88.92 -0.023 -2.054 -0.001

-8.099 -0.016Trong lượng hữu hiêu 511.466

Page 10: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

202

Tổng trọng lượng của kết cấu : 1,014.215(T)

Ta thấy rằng trọng lượng hữu hiệu của mode 1, 5, 9 thỏa mãn điều kiện : >= 5% tổng trọng lượng kết cấu và tổng các trọng lượng hữu hiệu của mode 1, 5, 9 >= 90% trọng lượng của kết cấu.

Kết luận : xét 3 mode dao động 1, 5, 9.

Bươc 3 : Xác định phổ phản ứng không thứ nguyên. )(TSd

Tra bảng ta có các số liệu sau :

Nền loại B có : 2,1=S ; 15,0=BT ; sTC 2= ; sTD 4=

Địa điểm xây dựng : Quận Hải Châu – TP Đà Nẵng với đỉnh gia tốc nền tham

chiếu 1006,0=g

agR .

Hệ số ứng xử được lấy 9,3=q (khung bê tông cốt thép nhiều tầng, nhiều nhịp)

Xet mode 1 ta có : T1 = 1,088s rơi vào điều kiện : CB TTT ≤≤

077,09,35,22,11006,05,2..)( 1 === xx

qS

ga

TS gRd

Xet mode 5 ta có : T5 = 0,250s rơi vào điều kiện : CB TTT ≤≤

077,09,35,22,11006,05,2..)( 5 === xx

qS

ga

TS gRd

Xet mode 9 ta có : T9 = 0,111s rơi vào điều kiện : BTT ≤≤0

078,0)]32

9,35,2.(

15,0111,0

32[2,11006,0

)]325,2.(

32.[.)( 9

=−+=

−+=

xx

qTTS

ga

TSB

gRd

Bươc 4 : Xác định lực cắt đáy

Mode 1 : WxWxWTSF db 065,085,0077,0.).( 11, === λ

Mode 5 : WxWxWTSF db 065,085,0077,0.).( 55, === λ Mode 9 :

WxWxWTSF db 066,085,0078,0.).( 99, === λ

Page 11: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

203

Bươc 5 : Phân phối lực cắt đáy cho các tầngBảng 1. Bảng phân phối lực cắt đáy cho mode 1

Story MassX Wj

X1,j X1,j*Wj Fi(T)

STORY12 71.30 -0.056 -3.964 9.863STORY11 85.39 -0.050 -4.304 10.708STORY10 85.39 -0.045 -3.843 9.561STORY9 85.39 -0.040 -3.373 8.392STORY8 85.39 -0.034 -2.895 7.202STORY7 85.39 -0.028 -2.408 5.991STORY6 85.39 -0.023 -1.939 4.823STORY5 85.39 -0.017 -1.486 3.697STORY4 85.39 -0.013 -1.067 2.656STORY3 85.39 -0.008 -0.692 1.721STORY2 85.39 -0.004 -0.376 0.935STORY1 88.92 -0.002 -0.151 0.376Tông 1,014.21 -26.499 65.924Lực cắt đáy 0.065W = 65.924

Bảng 2. Bảng phân phối lực cắt đáy cho mode 5

Story MassX Wj

X1,j X1,j*Wj Fi(T)

STORY12 71.30 0.0507 3.615 -17.156STORY11 85.39 0.0319 2.724 -12.928STORY10 85.39 0.0125 1.067 -5.066STORY9 85.39 -0.0062 -0.529 2.513STORY8 85.39 -0.0224 -1.913 9.078STORY7 85.39 -0.0345 -2.946 13.982STORY6 85.39 -0.0416 -3.553 16.859STORY5 85.39 -0.0432 -3.689 17.508STORY4 85.39 -0.0394 -3.365 15.967STORY3 85.39 -0.0313 -2.673 12.685STORY2 85.39 -0.0207 -1.768 8.389STORY1 88.92 -0.0097 -0.863 4.093Tông 1,014.21 -13.892 65.924Lực cắt đáy 0.065W = 65.924

Page 12: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

204

Bảng 3. Bảng phân phối lực cắt đáy cho mode 9

Story MassX Wj

X1,j X1,j*Wj Fi(T)

STORY12 71.30 -0.0449 -3.202 26.459STORY11 85.39 -0.0161 -1.375 11.363STORY10 85.39 0.0127 1.085 -8.963STORY9 85.39 0.0332 2.835 -23.432STORY8 85.39 0.0394 3.365 -27.808STORY7 85.39 0.0299 2.553 -21.103STORY6 85.39 0.0084 0.717 -5.929STORY5 85.39 -0.0171 -1.460 12.069STORY4 85.39 -0.0376 -3.211 26.537STORY3 85.39 -0.046 -3.928 32.466STORY2 85.39 -0.0401 -3.424 28.302STORY1 88.92 -0.0231 -2.054 16.976Tông 1,014.2 -8.099 66.938Lực cắt đáy 0.066W = 66.938

Bươc 6 : Tổ hợp lực cắt đáy cho các tầng

Bảng 4. Bảng phân phối lực cắt đáy cho các tầng

Story F1(T) F5(T) F9(T) F(T)

STORY12 9.863 -17.156 26.459 33.041STORY11 10.708 -12.928 11.363 20.271STORY10 9.561 -5.066 -8.963 14.050STORY9 8.392 2.513 -23.432 25.016STORY8 7.202 9.078 -27.808 30.126STORY7 5.991 13.982 -21.103 26.014STORY6 4.823 16.859 -5.929 18.510STORY5 3.697 17.508 12.069 21.583STORY4 2.656 15.967 26.537 31.085STORY3 1.721 12.685 32.466 34.899STORY2 0.935 8.389 28.302 29.534STORY1 0.376 4.093 16.976 17.467

Page 13: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

205

4. Kết luân

Việc lựa chọn phương pháp tính toán có thể dựa vào mức độ phức tạp của công trình hoặc tính đều đặn của kết cấu như đã trình bày ở trên. Tuy nhiên trong điều kiện hiện tại chưa có nhiều số liệu ghi lại được từ các trận động đất trên lãnh thổ Việt Nam, các công trình ở Việt Nam chưa quá cao và quá phức tạp do vậy chọn phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động là hợp lý và hiệu quả.

Phương pháp này là một trong những phương pháp động và có nhiều ưu điểm:

- Phân tích động tuyến tính, cho phép có thể áp dụng nguyên lý độc lập tác dụng.

- Phương pháp này xét đến nhiều dạng dao động của hệ kết cấu, tạo ra mức độ chính xác hơn khi thiết kế.

- Với khả năng đa dạng hiện nay của các bộ phần mềm thiết kế kết cấu (SAP2000, ETABS...), phương pháp này trở nên đơn giản và dễ kiểm soát..

Tuy nhiên cần quan tâm đến các số liệu của phổ phản ứng và các số liệu khác cho phù hợp với điều kiện của Việt Nam.

Page 14: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG …hoinghikhoahoc.duytan.edu.vn/Upload/Files/360eea90-2a45-42c8-b91d... · Như trận động đất xảy nha ở Nhật

Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

206

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Lê Ninh, Động đất và thiết kế công trình chịu động đất, Nhà xuất bản Xây dựng – Hà Nội 2007.

[2] Triệu Tây An và các tác giả, Hỏi đáp thiết kế và thi công kết cấu nhà cao tầng – Tập 1, Nhà xuất bản Xây Dựng – Hà Nội 1996.

[3] TCXDVN375-2006, Thiết kế kết cấu chịu động đất, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội 2006.

[4]Viện KHCN Xây dựng. Hướng dẫn thiết kế nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép chịu động đất theo tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2008

[5] Bungale S. Taranath, Steel, concrete and composite design of tall building, Second edition, McGrawhill, Newyork.

[6] PENELIS, G. G. and KAPPOS, A. J. Earthquake-resistant concrete structures, E & FN Spon, An Imprint of Chapman & Hall, London, UK.