Ảnh hưởng sự tương tác cọc và nền lên phản ứng động kết cấu nhà nhiều tầng chịu gia tốc nền động đất

Bài báo "Ảnh hưởng sự tương tác cọc và nền lên phản ứng động kết cấu nhà nhiều tầng chịu gia tốc nền động đất" phân tích ảnh hưởng của sự tương tác cọc và nền xung quanh cọc lên phản ứng động của kết cấu nhà nhiều tầng chịu gia tốc nền của động đất. Kết cấu bên trên được mô hình bằng phương pháp phần tử hữu hạn với đầy đủ các thành phần chuyển vị của các nút dùng sự hổ trợ của phần mềm SAP2000. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng sự tương tác cọc và nền lên phản ứng động kết cấu nhà nhiều tầng chịu gia tốc nền động đất 175 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022 Ảnh hưởng sự tương tác cọc và nền lên phản ứng động kết cấu nhà nhiều tầng chịu gia tốc nền động đất Nguyễn Trọng Phước1,*, Lê Văn Nghĩa2 Khoa Xây dựng, Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh 1 2 Học viên cao học, Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh *Email: phuoc.nguyen@ou.edu.vn Tóm tắt. Bài báo này phân tích ảnh hưởng của sự tương tác cọc và nền xung quanh cọc lên phản ứng động của kết cấu nhà nhiều tầng chịu gia tốc nền của động đất. Kết cấu bên trên được mô hình bằng phương pháp phần tử hữu hạn với đầy đủ các thành phần chuyển vị của các nút dùng sự hổ trợ của phần mềm SAP2000. Sự tương tác giữa kết cấu bên trên và nền móng nhằm phản ánh chính xác hơn thông qua nền móng bè - cọc có thông số gồm các lò xo tương ứng từng phương có độ cứng nhất định. Các đặc trưng về độ cứng lò xo mũi cọc, độ cứng lò xo dọc thân cọc, độ cứng lò xo ngang cọc và hệ số nền dưới móng bè được tính sơ lược thông qua các công thức lý thuyết của cơ học đất nền móng. Các kết quả số tương ứng với một kết cấu 25 tầng chịu động đất có tương tác nền được thực hiện thông qua các đại lượng như chu kỳ dao động, chuyển vị lớn nhất tại đỉnh kết cấu, lực cắt và môn men tại chân cột cho thấy ảnh hưởng của sự tương tác này lên kết quả là có khi so sánh với mô hình không xét tương tác. Từ khóa: Phân tích động, kết cấu nhà nhiều tầng, gia tốc nền, tương tác kết cấu, móng và nền.1. Mở đầu Kết cấu thượng tầng bên trên và nền móng bên dưới làm việc đồng thời và thực sự là có sự tươngtác lẫn nhau trong quá trình chịu tải, đặc biệt khi có tác dụng của tải trọng động. Kết cấu dao động dướitác động của gia tốc nền động đất có phát sinh chuyển động ở móng, sự chuyển động này cũng tạo ra sựtrao đổi năng lượng và tương tác giữa kết cấu bên trên và hệ nền móng bên dưới. Chính ảnh hưởng nàylàm cho kết cấu dẻo hơn và cho tỉ số cản của kết cấu lớn thêm so với khi không xét đến tương tác nềnmóng. Trong nghiên cứu của [1], [2], [3], [4] đã nghiên cứu về sự tương tác giữa nền đất xung quanhcọc lên phản ứng kết cấu nhà cao tầng bên trên và đã cho thấy sự tương khi thay đổi các chiều sâu cọc.Một số nghiên cứu của [5], [6] đã nghiên cứu về tương tác động đất lên công trình cao 15 tầng có xétđến tương tác giữa cấu trúc nền đất với hệ móng bè cọc, các đánh giá cũng đã nêu lên ảnh hưởng củacấu trúc nền lên công trình bên trên khi nền đất càng cứng thì tương tác giữa móng bè cọc càng lớn vàngược lại khi nền đất yếu thì tương tác càng ít và khi đó giải pháp bố trí móng bè cọc hợp lí là giải phápđược đề xuất so với chỉ sử dụng móng bè. Các nghiên cứu về tương tác cấu trúc nền đất cũng được cácbài báo [7], [8] đã có nghiên cứu về tương tác động giữa đất nền - kết cấu dưới tác dụng động đất. Trongnghiên cứu này tác giả đã phân tích ứng xử của cọc do động đất tác dụng lên công trình cầu được đặttrên nhóm cọc. Tương tác giữa đất và cọc được mô hình dầm trên nền phi tuyến Winkler sử dụng hệ lòxo và hệ cản song song nhau và sử dụng phương pháp phổ phản ứng và theo lịch sử thời gian. Từ đó,xác định được các hiệu ứng tải trọng do động đất gây ra. Qua tài liệu tham khảo trên có thể thấy, các tác giả đã rút ra được các kết luận quan trọng nhưchuyển vị của hệ kết cấu bên trên và hệ thống kết cấu móng - nền đất phụ thuộc vào các đặc trưng củakết cấu, đặc trưng của móng và đặc trưng của đất nền. Tuy nhiên, các mô hình trên chưa cho thấy sựkhác nhau giữa mô hình có tương tác và mô hình ngàm tại chân cột. Từ các nhận định trên, bài báo này 176 Nguyễn Trọng Phước, Lê Văn Nghĩachọn hướng nghiên cứu là phân tích động lực học kết cấu chịu động đất có xét đến ảnh hưởng tương tácnền móng bè - cọc, ý tưởng này có sự phát triển và kế thừa từ các nghiên cứu trước đây và cũng liênquan đến kết cấu trong thực tiễn.2. Cơ sở lý thuyết2.1. Mô hình hệ Trong mô hình tính toán, kết cấu nhà 25 tầng bên trên và phần móng bè - cọc bên dưới được môhình là tấm trên nền đàn hồi, các cọc được mô hình là các thanh đứng chịu tải trọng và có gán các lò xoliên kết là các hệ số độ cứng K tđ . Các hệ số độ cứng này gồm các độ cứng lò xo cọc kc , độ cứng mũicọc kv , độ cứng dọc theo thân cọc k sv và độ cứng lò xo ngang cọc kh như trên hình 1. Hình 1. Sơ đồ tính tương tác của hệ kết cấu tầng và nền móng cọc Tải trọng tác động lên kết cấu được quan tâm là gia tốc nền động đất lấy theo trận động đấtElc ...