CHƯƠNG 1: ‘ONG QUAN VE THIẾT KE CÁCH CHAN DAY 1. Giới thiệu chung Dé hạn chế tác động của tải trong động đắt lên công trình, tử nl năm qua các nhà nghiên cứu, kỹ sư xây đựng trên thé giới đã tìm kiếm và đỀ xuất các giải pháp giảm chắn cho công trình. Mục đích của giải pháp là đảm bảo cho công trình xây đựng đủ. khả năng chịu lực, không hư hại về kết cấu cũng như hư hỏng về thiết bị đồ đạc sử dụng trong công trình, tồn tại và đứng ving dưới tác dụng của tải trong động đất.
b) Kết cau bên trên có biển dạng và nội lực lớn do tác động động đất ‘Theo quan điểm thiết kế công tình chịu động đất hiện đại, việc thiết kế một công tỉnh xây dựng cần đảm bảo hai tiêu chỉ lên quan chit chẽ với nhau: + Đảm bảo kết ấu có khả năng chịu lực lớn trong miền din hồi: + Đảm bảo cho kết cấu có khả năng tiêu tán năng lượng do động đất truyé vàoghông qua biển dạng déo trong giới hạn cho phép hoặc thông qua các thiết bị hip thy nang lượng. Một trong những quy định cơ bản của các tiêu chuấn thiết kế công tinh chịu động hiện dai là tạo cho kết cầu công trình một độ bên đủ lớn và một độ déo thích hợp: + Độ bền đủ lớn nhằm gia tăng khả năng chịu lực của kết cấu 4 + Độ đèo thích hợp nhằm giúp công tình có Khả năng tiêu tin năng lượng và cỏ sự cân bằng hai hỏa về mặt động lực học. Bởi tác dụng rung lắc của động đất tim phát sinh chuyển vị và gia tốc rong công trình. Néu công trình cố độ cứng quá lớn thi gi tốc sinh ra sẽ v6 cũng lớn, gây rơi và nghiêng đổ đồ đạc bên trong nhà dẫn đến thiệt hai về mặt kinh tế.
Ngược lại, nếu công trình quá mềm thì chuyển vị tương đối giữa các tầng. «qua lớn, gây bién dang đáng kể cho cả công ình, làm hư hại các nút liên kết ca khung chịu lực, nứt tường, vénh cửa. ngoài ra dao động của công tinh cũng phát sinh ding kể gây ảnh hưởng đến tâm lý của người sinh sống và làm việc trong tôn nhà. Như vậy, quan niệm thiết kế hiện đại đã lưu ý thêm phương diện năng lượng do động.
đắt truyền vào công trình. Việc thiết kế vàtính toán sao cho kết ou có khả năng tiều tân phần năng lượng này có một ý nghĩa quan trọng nhằm giúp công trình làm việc hiệu quả nhất khi có động đất xây ra 'Với quan niệm trên, một số giải pháp thiết kế công trình chịu động đất được đưa ra nhằm hip thụ và tiêu tán đều năng lượng động đất cho toàn bộ công trình cũng như. tránh hiện tượng suy yếu cục bộ dẫn đến phá hoại đó là giải pháp giảm chắn và cách. chấn cho công trình 1.
Các phương pháp giảm chin “rong trường hợp năng lượng dao động truyền trực tiếp vào công tình do không được tách rồi, người ta có thể gia tăng độ can của bản thân công trình để giải phóng năng lượng dao động này bằng cách lắp đặt các thiết bị giảm chấn vào công trình. Có nhiều bình thức giảm chấn: thụ động, chủ động hay bán chủ động. Phương pháp giảm chin thy động iy là hình thức giảm chấn mà mn năng lượng hoạt động của các thiết bị gi chắn được lay từ chính năng lượng dao động của bản thân công trình. thể được tiêu tn nhờ cản ma sit, biến dang d&o của kim loi, cân nhớt hoc cản thủy Phương pháp giảm chin thụ động sử dụng các thiết bị giảm chấn thụ động được đặt ở chân công trình (tại chân các edu kiện chịu lực theo phương đứng) được gọi là phương pháp cách chin day.
Sự cấu nhằm tách rời hoặc hạn chế việc truyền lực động it vào kí cấu. Các thiết bị nay cũng hip thụ một phần năng lượng của các trận động đất để giảm thiêu phin năng lượng tác dụng vào kết cầu, do đó, kết cấu không bị hư hông sau cóc trận động đất mạnh. Trong quá trình hoạt động, nếu cần thiết, có thể thay thé các bộ phận hấp thụ năng lượng một cách dễ ding. Phương pháp cách chấn đáy được phat từ sớm và hiện đang được ứng dụng rộng rai ở nhiều nơi trên thế giới Một hệ thống cách cl day điển hình thường được đặt ở mồng của kết „ năng lượng của trận động đắt sẽ được hip thụ phần lớn thông qua sự mềm đèo và khả năng hip thụ năng lượng của hệ thống trước khi nó được truyễn t ết cầu, dẫn đến việc khả năng chịu lực của kết cấu sẽ được tăng lên.
nguyên lý của phương pháp cách chin đây được thể hiện như sau |e=see=e= Hình L2 Nguyên lý cách chấn đầy công trình Hệ thống cách chin đáy đầu tiên được nghiên cứu va sử dụng là hệ thống gối do bằng sao su thiên hiền có độ cn thắp (tram điện 230kV ở miễn nam California năm 1976, cầu Pelham tại Anh năm 1956).Các nghiên cứu thực nghiệm sau đó đã thêm các cấu kiện vào hệ gỗi cao su din hồi như các li chỉ, hoặc sử dong kết hợp với ng dụng chảy đềo của thép hoặc thiết bi cản ứng dụng ma sắt. Các edu kiện, thiết bị này đóng vai trò tiêu tán năng lượng trong hệ. Công trình đầu tiên được ứng dung hi gỗi đỡ cao su có lõi chỉ là cầu Siera Point gần San Francisco, Một thiết bị giảm chấn đao động thụ động kháe làm từ cao su cỏ độ cản cao(High Damping Bearing -HDB) được Hiệp hội Nghiên cứu sản xuất Cao su Malaisia (MRPRA) phát triển năm 1986. Nguyên lý giảm chắn của thiết bị dựa trên nhận xét rằng sự tăng độ cản trong toàn bội hệ thống các chắn đáy có thể được tự sinh ra bởi chính cao su có độ giảm chấn cao.
“Chương trình tính toán bằng máy tính đầu tiên đồng để phân ích kết cấu có sử dung hệ cách chin day được trường đại học BufTalo phát t vào năm 1991. Tại đây cũng đã tiến hành nghiên cứu việc kết hợp các hệ thống cách chấn day và cách ly rung động, hệ thống này được gọi là hệ cản nhớt- lỏ xo. Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ số cản. giảm mạnh khi tin số tăng, tính chất quan trong nay cho phép hệ thống đồng vai trở vita là cách chấn đây (tin số thấp nên độ cản cao) và như là một hệ cách ly rung động (tin số cao nên độ cân thấp).
Hiện nay theo tim higu của nhóm nghiên cứu đ ti, các chương trình có khả năng phân tích kết cấu sử dụng cách chấn đầy gồm có: 3D- BASIS, ETABS, ANSYS, SAP và ABAQUS 1. Một số phương phip giảm chắn thu động khác Rat nhiều tiến bộ đã đạt được trong việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp. giảm chin dao động thụ động khác cho các kết cẫu xây dựng. Cũng tương tự như kỹ thuật cách chin đầy, vai trỏ cơ bản của các thiết bị giảm chấn thụ động khi chúng ta cược gắn vào kết cấu là hip thy hoặc tiêu tin năng lượng tác dung vào, do đồ sẽ làm giảm lượng năng lượng phân bổ vào các cấu kiện chịu lực chính của kết edu, dẫn tối việc giảm thiểu các hư hại của kết cấu.
Tuy nhiên, khác với các thiết bị cách chấn đáy, sắc thiết bị này côn cổ tác dụng ching lại các tác động gid không km gi so với tác dong của động đất Một thiết bị giảm chắn dao động dạng thụ động đã được nghiên cứu bao gồn: các thiết bị cản kim loại (Metallic Dampers-MD),các thiết bị cản ma sát (Friction Dampers-FD), thiết bị cin nhớt (Viscous Dampers-VD), thiết bị cản khối lượng dự chỉnh (Tuned Mass Dampers-TMD), thiết bị cản chất lỏng dự chỉnh (Tuned Liquid Dampers-TLD) Thiết bị cán ma sit FD dùng cho việc giảm chuyển động động đất trong công trình xây dựng được phát triển đầu tiên bởi Keigtley(1977-1979). Thiết bị này bao gồm các tim thép được liên kết với nhau bằng bu lông và các vòng đệm, các bé mặt được bôi tron bằng dẫu nhờn để chống kẹt ri. Các nghiên cứu của Keigtley đã đặt ra nhiều câu hoi và 7 gợi ý cho ác nghiên cứu sau nay, những câu hỏi được đặt ra vé sự rão của hi thing. sự ổn định dai hạn của chất bôi trơn và sự ăn mòn của bề mặt trượt của thép có thé làm thiết bị mắt tác dụng.
Một số các thiết bị FD khác cũng đã được phát iển bởi Grigorian(1993), Constantinou(1991), Nims(1993). Hệ thống thiết bị con lắc ma sát (Friction Pendulum Systems-FPS) lai cho phép kết cấu bên trên có thể trở lại vị trí. ban đầu thông qua các mặt trượt có dang một phần của mặt clu, Hệ FPS cho phép kết cầu cách ly dao động với nguyên lý tương tự như trong hiện tượng viên bi trờn đặt trên vành cứng hình bán nguyệt, khi tác dụng một lực làm vành cứng dao động ra khởi vị trí cân bằng thì viên bi sẽ di chuyển và có xu hướng lâm vành cũng nhanh chống trở lại vị trí cân bằng ban dẫu. Lúc đầu người ta chỉ vận dạng nhưng phan ứng của con ắc trong tự nhiên.
Khi tác dung một lực lâm di chuyển điểm treo của con lắc thì con lắc et ig sẽ dao động và khi lực làm dịch chuyển vị trí của điểm treo. Cũng tương tự là hiện tượng viên bi trên đặt trên nền cứng hình bin nguyệt, khi tác đụng một lực làm vành kính dao động ra khỏi vị trí cân bằng thi viên bi sẽ đi chuyển và o6 xu hướng làm vành cứng nhanh chống tr lạ vị tr cân bằng ban đầu. Tương tự, hiện tượng vật nặng cũng sẽ dao động và gây ra một lực trong các lò xo, lực này được truyền vào nén và có hướng chống lại chuyển vị của nên. Dưới đầy là một số thiết bị cách chin đầy: (09Lead-ubbertecing (© Friction pendulum system (FPS) bearing Hình 1.3 Các loại thiết bj cách chắn đáy: (a) Gối đờ đàn hồi; (6) Gói đỡ đàn hồi có lõi chi (LRB); (c) Gối đỡ dạng con lắc ma sát (FPS) CCác vậtliệu nhớt cũng được nghiên cứu sử dụng để lim các thiết bị giảm chắn Cae thiết bị giảm chắn loại này hông thường không góp vào độ cứng của công tỉnh nhưng nó sẽ tăng độ cân cho công tình, nó làm thay đổi ma trận cân C trong phương trình chuyển động dao động của kết cấu.
Do đó, phản ứng dao động của kết cấu sẽ tắt nhanh. Vật liệu nhớt thường được sử dụng là đầu nhớt vì tính én định theo chu trình cao.