PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ CHỐNG ĐỘNG ĐẤT

Thực hành phân tích và thiết kế chống các ảnh hưởng của động đất có những khác biệt đáng kể so với trường hợp công trình chịu tải bình thường, như tải trọng bản thân và tải trọng gió. Bảng dưới đây liệt kê một số khác biệt chính: Lực kích thích bình thường Thường là tải trọng tĩnh Tải trọng không đổi theo thời gian hay thường xảy ra Cường độ và hướng tác dụng được biết trước Hình dung được đơn vòng lặp quá tải Tải tác dụng trực tiếp vào khung KC Lực kích thích động đất...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Profs. A. Whittaker Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Chương 13: KHÁI QUÁT: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ CHỐNG ĐỘNG ĐẤT 13.1 GIỚI THIỆU Thực hành phân tích và thiết kế chống các ảnh hưởng của động đất có những khác biệt đáng kể so với trường hợp công trình chịu tải bình thường, như tải trọng bản thân và tải trọng gió. Bảng dưới đây liệt kê một số khác biệt chính: Lực kích thích bình thường Lực kích thích động đất Thường là tải trọng tĩnh Luôn là tải trọng động Tải trọng không đổi theo thời gian Tải động đất hiếm (50-100 năm/lần) hoặc rất hay thường xảy ra hiếm xảy ra (2500 năm/lần) Cường độ và hướng tác dụng được Cường độ và hướng tác dụng thường không biết trước biết trước Hình dung được đơn vòng lặp quá tải Hình dung được đa vòng lặp quá tải Tải tác dụng trực tiếp vào khung KC Tải tác dụng gián tiếp bởi sự di chuyển móng Các tiêu chuẩn thực hành thiết kế chống động đất đã ban hành ở Mỹ từ đầu thập niên 1930, Nhật ban hành các qui định đầu tiên về thiết kế chống động đất vào thập niên 1890. Phương trình cơ bản thiết kế chống động đất của Uniform Building Code năm 1927, cho công trình nhà, đơn giản là: V = CW (13-1) với V là lực cắt đáy móng thiết kế , C là hệ số động đất, W là trọng lượng nhà. Chương 13: KHÁI QUÁT: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Profs. A. Whittaker Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh 13.2 ĐỘNG ĐẤT & QUÁ TRÌNH ĐỘNG ĐẤT 13.2.1 Động đất Thực hành thiết kế chống động đất có bản chất đa kỹ thuật như minh hoạ dưới đây: Các chuyển vị đứt gãy động đất có thể phân làm ba loại : o Đứt gãy trượt - Strike-slip fault o Đứt gãy nghịch - Reverse fault o Đứt gãy thẳng góc - Normal fault Hình dưới bên phải mô tả đứt gãy San Andreas cắt ngang đồng bằng Carrizo Plains ở miền Trung California. Tham khảo chi tiết các ví dụ đứt gãy khác ở Mỹ trên website: http://pubs.usgs.gov/gip/earthq3/intro.html. Hai đặc trưng thường gặp của động đất là magnitude và cấp động đất (intensity).  Magnitude (M) là đại lượng đo lường năng lượng do đứt gãy phóng thích. Dao động lớn của móng có thời gian kéo dài thường gắn kết với các trận động đất lớn. Đơn vị Richter. Tần suất xuất hiện hàng năm của động đất phân nhóm theo đại lượng M xem Bảng 1 dưới đây.  Cấp động đất là đại lượng đo lường dao động động đất tại vị trí cần xem Chương 13: KHÁI QUÁT: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Profs. A. Whittaker Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh xét, và phụ thuộc vào magnitude, khoảng cách từ vị trí đến tâm chấn và đường đứt gãy, điều kiện địa hình địa chất của vị trí đó, ... (xem minh họa ở Hình 1 dưới đây). Đơn vị theo thang đo MMI (Mỹ) hay thang đo MSK (Châu Âu, VN) - từ cấp I đến cấp XII. Một số hình ảnh về tác động của động đất trên kết cấu BTCT trên thế giới: Chương 13: KHÁI QUÁT: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Profs. A. Whittaker Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Chương 13: KHÁI QUÁT: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Profs. A. Whittaker Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh 13.2.2 Các quá trình động đất Các phay đứt gãy tạo ra các sóng động đất mà có thể ghi bởi các địa chấn kế (gia tốc kế) và các thiết bị kỹ thuật số. Sơ đồ một địa chấn kế đơn giản xem ở hình vẽ dưới đây: Một địa chấn kế điển hình thường ghi ba thành phần chuyển vị của dao động động đất: hai nằm ngang và một thẳng đứng. Các đường quá trình gia tốc ghi tại một trạm đo của trận động đất năm 1994 ở Northridge (California, Mỹ) được biểu diển ở hình bên dưới: Chương 13: KHÁI QUÁT: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Profs. A. Whittaker Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Các đường quá trình này có thể dùng trực tiếp trong phân tích đáp ứng-thời gian (response-history analysis) nhưng theo truyền thống thường được chuyển thành một đáp ứng theo chu kỳ hay còn gọi là phổ đáp ứng (response spectrum) nhằm phục vụ cho các mục đích thiết kế sẽ bàn luận sau đây. 13.3 CÁC PHỔ ĐÁP ỨNG Phổ đáp ứng của một quá trình động đất là đồ thị biểu diển mối quan hệ giữa giá trị lớn nhất của một đại lượng đáp ứng nào đó (ví dụ gia tốc, vận tốc, chuyển vị) và chu kỳ dao động (hay tần số dao động). Những phổ như vậy thường được vẽ theo dạng đáp ứng đàn hồi-tuyến tính với một hay nhiều hệ số giảm chấn (damping ratio). Hệ số giảm chấn điển hình là  = 5%. Các phổ điển hình của các đáp ứng gia tốc, vận tốc, chuyển vị được trình bày ở hình vẽ trang sau. > 0,8 g ...