Nghiên cứu biện pháp bảo vệ cầu khi bị tác động của động đất trong kỹ thuật xây dựng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật xây dựng nghiên cứu các biện pháp bảo vệ cầu khi bị tác động của động đất, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả

• Tác giả: Traàn Ðình Minh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Bảo Hoàng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Xây dựng cầu
• Đề tài: Biện Pháp Bảo Vệ Cầu Trước Tác Động Động Đất
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT
• 1.1. NGUYÊN NHÂN CỦA ĐỘNG ĐẤT
• 1.1.1. Động đất và nguyên nhân của động đất
• 1.1.2. Vận động kiến tạo của trái đất
• 1.2. TÁC HẠI CỦA ĐỘNG ĐẤT
• 1.2.1. Ảnh hưởng trực tiếp vào công trình
• 1.2.2. Ảnh hưởng tới nền móng công trình
• 1.2.3. Ảnh hưởng tới công trình cầu
• 1.3. MỘT VÀI KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG ĐẤT
• 1.3.1. Độ sâu chấn tiêu, khoảng cách chấn tiêu, khoảng cách chấn tâm
• 1.4. ĐỘ NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT CỦA MỘT LÃNH THỔ
• 1.4.1. Tiêu chí để xác định độ nguy hiểm của động đất
• 1.4.2. Phân vùng động đất trên thế giới
• 1.5. PHÂN VÙNG ĐỘNG ĐẤT Ở VIỆT NAM
• 1.5.1. Tần suất trung bình của động đất
• 1.5.2. Những trận động đất mạnh đã xảy ra tại Việt Nam
• 1.5.3. Những trận động đất mạnh đã xảy ra tại nước ngoài
• 1.6. DỰ ĐOÁN KHẢ NĂNG XẢY RA ĐỘNG ĐẤT MẠNH Ở VIỆT NAM
• 1.6.1. Đặc điểm các trận động đất ở Việt Nam
• 1.6.2. Tần suất lặp lại chấn động trên các vùng lãnh thổ Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
• 2.1. PHƯƠNG PHÁP TĨNH
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG
• 2.2.1. Phổ phản ứng của công trình có một bậc tự do
• 2.2.2. Phổ phản ứng của công trình có nhiều bậc tự do
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ ĐỘNG ĐẤT
• 3.1. TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VÀ TIÊU CHUẨN 1981 LIÊN XÔ CŨ
• 3.1.1. Tổ hợp và các phương tác dụng của lực động đất
• 3.1.2. Công thức tính tải trọng động đất
• 3.1.3. Xác định hệ số xét đến sự hư hỏng cho phép của công trình sau động đất
• 3.1.4. Trọng lượng chất điểm (q)
• 3.1.5. Xác định cấp động đất của vùng. Hệ số tăng tải phụ thêm. Cấp động đất tính toán của công trình
• 3.1.6. Hệ số động lực (βi). Hệ số xét đến hình dạng công trình (kΨ)
• 3.1.7. Hệ số xét đến kiểu biến dạng và vị trí đặt tải trên công trình (ηik)
• 3.2. PHÂN TÍCH ĐỘNG ĐẤT TRONG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CẦU DÂY TREO THEO TIÊU CHUẨN AASHTO – 1996
• 3.2.1. Các vấn đề chung
• 3.2.2. Công thức tính tải trọng động đất
• 3.2.3. Cấp tính năng động đất
• 3.2.4. Hệ số gia tốc A
• 3.2.5. Tầm quan trọng của công trình (IC). Cấp tính năng động đất (SPC)
• 3.2.6. Hệ số địa điểm
• 3.2.7. Đất loại II. Đất loại III
• 3.2.8. Hệ số ứng xử động đất đàn hồi và phổ động đất đàn hồi
• 3.2.9. Hệ số sửa đổi ứng xử
• 3.2.10. Các yêu cầu phân tích và thiết kế
• 3.3. PHÂN TÍCH ĐỘNG ĐẤT TRONG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CẦU DÂY TREO THEO TIÊU CHUẨN AASHTO – 1998
• 3.3.1. Tầm quan trọng của công trình
• 3.3.2. Cấp tính năng động đất
• 3.3.3. Hệ số địa điểm
• 3.3.4. Hệ số sửa đổi ứng xử
• 3.3.5. Các yêu cầu phân tích và thiết kế
• 3.4. TIÊU CHUẨN KHÁNG CHẤN CỦA PHÁP
• 3.4.1. Lực ngang đối với công trình có một bậc tự do. Lực đứng đối với công trình có một bậc tự do
• 3.4.2. Đối với công trình có nhiều bậc tự do
• 3.5. TIÊU CHUẨN KHÁNG CHẤN CỦA AUSTRALIA
• 3.5.1. Lực động đất nằm ngang
• 3.5.2. Lực động đất thẳng đứng
• 4. CHƯƠNG 4: NHỮNG BIỆN PHÁP NƯỚC NGOÀI ÁP DỤNG CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
• 4.1. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN
• 4.1.1. Lực quán tính
• 4.1.2. Sơ đồ tính toán
• 4.1.3. Hệ số địa chấn ngang. Xác định các hệ số địa chấn
• 4.1.4. Kiểm tra khả năng di chuyển của trụ bêtông dự ứng lực trong trường hợp động đất. Tính trụ cố định
• 4.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
• 4.2.1. Phương pháp kết nối bên ngoài những phần trên cao của cầu bằng cáp PC
• 4.2.2. Phương pháp kết nối kết cấu hạ tầng và thượng tầng bằng cáp PC
• 4.2.2.1. Điểm chú ý
• 4.2.3. Phương pháp cố định dưới dầm với mố trụ cầu bằng gờ thép
• 4.2.3.1. Điểm chú ý
• 4.2.4. Phương pháp giới hạn sự biến đổi phương hướng góc đứng của trụ cầu
• 4.2.4.1. Điểm chú ý
• 4.2.5. Phương pháp thiết kế tường chốt an toàn
• 4.2.5.1. Điểm chú ý
• 4.2.6. Phương pháp phòng chống chấn động của các phần khác nhau trong hệ thống dầm chính
• 4.2.6.1. Điểm chú ý
• 4.2.7. Phương pháp thiết kế bằng sợi xích
• 4.2.7.1. Điểm chú ý
• 4.2.8. Chỗ tiếp giáp, bằng các vị trí khác nhau ngăn cản được sự dịch chuyển của Dầm
• 4.2.8.1. Chi tiết thi công
• 4.2.8.2. Điểm chú ý
• 4.2.9. Phương pháp mở rộng phần mặt bên của trụ
• 4.2.9.1. Điểm chú ý
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về sự tác động của động đất

Động đất là hiện tượng địa vật lý phức tạp, thường xảy ra do sự chuyển động của các mảng kiến tạo. Nguyên nhân chính của động đất bao gồm sự va chạm của các mảng địa chất, hoạt động của các núi lửa, và sự dịch chuyển của các khối đất đá. Tác động của động đất đến các công trình xây dựng, đặc biệt là cầu, có thể gây ra những thiệt hại nghiêm trọng. Các công trình có thể bị phá hủy hoàn toàn hoặc chịu ảnh hưởng nặng nề, dẫn đến nguy cơ mất an toàn cho người sử dụng. Việc hiểu rõ về động đất và các yếu tố ảnh hưởng đến nó là rất quan trọng trong kỹ thuật xây dựng. Theo thống kê, 95% các trận động đất xảy ra trên thế giới có liên quan đến sự vận động kiến tạo. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các biện pháp bảo vệ cầu trước tác động động đất là cần thiết để đảm bảo an toàn cho các công trình.

1.1 Nguyên nhân của động đất

Động đất xảy ra do nhiều nguyên nhân khác nhau, trong đó có sự va chạm của các mảng kiến tạo, hoạt động của núi lửa, và sự dịch chuyển của các khối đất đá. Sự vận động này tạo ra năng lượng lớn, khi giải phóng sẽ gây ra các rung chấn mạnh mẽ. Các yếu tố như độ sâu của tâm chấn, khoảng cách từ tâm chấn đến bề mặt, và loại địa chất cũng ảnh hưởng đến cường độ và phạm vi tác động của động đất. Việc phân tích nguyên nhân và cơ chế hình thành động đất giúp các kỹ sư xây dựng có thể thiết kế các công trình chịu lực tốt hơn, từ đó giảm thiểu thiệt hại khi có động đất xảy ra.

II. Các phương pháp tính công trình chịu động đất

Để đảm bảo an toàn cho các công trình xây dựng, việc áp dụng các phương pháp tính toán chịu động đất là rất quan trọng. Các phương pháp này bao gồm tính toán theo tiêu chuẩn thiết kế động đất, sử dụng các mô hình toán học để dự đoán phản ứng của công trình dưới tác động của động đất. Các tiêu chuẩn thiết kế động đất hiện nay đã được cập nhật và cải tiến để phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam. Việc áp dụng các phương pháp này không chỉ giúp tăng cường độ bền cho công trình mà còn đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Các kỹ sư cần phải nắm vững các phương pháp này để có thể thiết kế các công trình chịu lực tốt nhất.

2.1 Phương pháp tính toán

Phương pháp tính toán công trình chịu động đất thường sử dụng các mô hình toán học để mô phỏng các tác động của động đất. Các mô hình này giúp dự đoán được phản ứng của công trình dưới tác động của các rung chấn. Việc sử dụng các phần mềm chuyên dụng trong tính toán giúp các kỹ sư có thể đưa ra các giải pháp thiết kế hiệu quả hơn. Ngoài ra, việc áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế động đất quốc tế cũng là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho các công trình xây dựng.

III. Các tiêu chuẩn thiết kế động đất

Các tiêu chuẩn thiết kế động đất là cơ sở để các kỹ sư xây dựng thực hiện các tính toán và thiết kế công trình. Tiêu chuẩn này bao gồm các quy định về tải trọng động đất, các phương pháp tính toán và các yêu cầu về vật liệu xây dựng. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này không chỉ giúp tăng cường độ bền cho công trình mà còn đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Các tiêu chuẩn thiết kế động đất tại Việt Nam đã được cập nhật để phù hợp với điều kiện địa chất và khí hậu của đất nước. Điều này giúp các công trình xây dựng có khả năng chịu đựng tốt hơn trước các tác động của động đất.

3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế

Tiêu chuẩn thiết kế động đất tại Việt Nam được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế, nhằm đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả trong thiết kế. Các tiêu chuẩn này quy định rõ ràng về các yếu tố cần thiết trong thiết kế công trình, bao gồm tải trọng động đất, phương pháp tính toán và yêu cầu về vật liệu. Việc áp dụng các tiêu chuẩn này giúp các kỹ sư có thể thiết kế các công trình an toàn và bền vững hơn, từ đó giảm thiểu thiệt hại khi có động đất xảy ra.

IV. Những biện pháp nước ngoài áp dụng choáng động đất

Việc áp dụng các biện pháp bảo vệ cầu trước tác động động đất từ các nước phát triển là rất cần thiết. Các biện pháp này bao gồm việc sử dụng các công nghệ tiên tiến trong thiết kế và xây dựng, như hệ thống giảm chấn, các vật liệu chịu lực tốt hơn và các phương pháp thi công hiện đại. Những biện pháp này không chỉ giúp tăng cường độ bền cho công trình mà còn đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Việc nghiên cứu và áp dụng các biện pháp này tại Việt Nam sẽ giúp nâng cao chất lượng công trình và giảm thiểu thiệt hại khi có động đất xảy ra.

4.1 Các phương pháp choáng động đất

Các phương pháp choáng động đất được áp dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới, bao gồm việc sử dụng các hệ thống giảm chấn, các vật liệu chịu lực tốt hơn và các phương pháp thi công hiện đại. Những biện pháp này giúp giảm thiểu tác động của động đất đến các công trình xây dựng, từ đó bảo vệ an toàn cho người sử dụng. Việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp này tại Việt Nam sẽ giúp nâng cao chất lượng công trình và giảm thiểu thiệt hại khi có động đất xảy ra.

V. Kết luận và kiến nghị

Việc nghiên cứu và áp dụng các biện pháp bảo vệ cầu trước tác động động đất là rất cần thiết trong bối cảnh hiện nay. Các biện pháp này không chỉ giúp tăng cường độ bền cho công trình mà còn đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan chức năng, các nhà khoa học và các kỹ sư xây dựng trong việc nghiên cứu và áp dụng các biện pháp này. Ngoài ra, cần có các chương trình đào tạo và nâng cao nhận thức cho các kỹ sư về tầm quan trọng của việc thiết kế công trình chịu động đất.

5.1 Kiến nghị

Cần có các chính sách hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới trong thiết kế và xây dựng công trình chịu động đất. Đồng thời, cần tăng cường công tác đào tạo và nâng cao nhận thức cho các kỹ sư về tầm quan trọng của việc thiết kế công trình chịu động đất. Việc này sẽ giúp nâng cao chất lượng công trình và giảm thiểu thiệt hại khi có động đất xảy ra.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thống kê địa chấn ghi nhận hơn 700 trận động đất có độ lớn magnitude Ms nhỏ hơn hoặc bằng 7,0 đã từng xảy ra trên lãnh thổ Việt Nam tính đến giai đoạn cuối thế kỷ 20. Khoảng 95% các hiểm họa địa chấn trên toàn cầu bắt nguồn từ vận động kiến tạo của vỏ trái đất, dẫn đến sự dịch chuyển đột ngột tại các đới đứt gãy sâu. Mặc dù Việt Nam không nằm trong vành đai lửa Thái Bình Dương với mức độ hoạt động địa chấn dữ dội, lịch sử ghi nhận nhiều trận động đất có sức tàn phá nặng nề như trận động đất Điện Biên năm 1935 và trận Tuần Giáo năm 1983 cùng đạt cường độ 6,8 độ Richter. Trận động đất Tuần Giáo với độ sâu chấn tiêu từ 23 km đến 25 km đã tạo ra vùng chấn động cấp 8 đến 9 theo thang MSK-64 trải rộng 2.500 km2, lan tỏa rung chấn cấp 7 trên phạm vi 13.000 km2, gây nứt đất kéo dài hàng chục kilomet và phá hủy nhiều công trình hạ tầng.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm xuất phát từ thực trạng thiết kế xây dựng cầu tại Việt Nam trong nhiều thập kỷ qua hầu như xem nhẹ tác động địa chấn, chỉ một số ít công trình dây văng quy mô lớn như cầu Mỹ Thuận hay cầu Bãi Cháy mới được tính toán kháng chấn chi tiết. Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu tổng quan cơ chế tác động của động đất lên kết cấu nhịp và mố trụ, làm rõ phương pháp giải tích động lực học kết cấu, đồng thời hệ thống hóa các giải pháp bảo vệ kháng chấn tiên tiến từ Nhật Bản và Hoa Kỳ để chuyển giao ứng dụng phù hợp điều kiện địa chất Việt Nam. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc nâng cao tuổi thọ khai thác công trình trên 100 năm, giảm thiểu nguy cơ rơi dầm và kiểm soát thiệt hại kinh tế trước các biến động địa chất bất thường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Khung lý thuyết của đề tài được xây dựng dựa trên lý thuyết động lực học công trình và cơ học kết cấu đàn hồi. Hiện tượng lan truyền năng lượng địa chấn từ chấn tiêu được phân tách thành sóng dọc sơ cấp với vận tốc lan truyền đạt từ 7 km/s đến 8 km/s và sóng ngang thứ cấp với vận tốc cắt từ 4 km/s đến 5 km/s. Quá trình dao động nền đất thực tế kéo dài từ 10 giây đến 40 giây, tác động trực tiếp lên hệ kết cấu thông qua các pha dao động hỗn loạn.

Mô hình nghiên cứu phân tích ứng xử của công trình dưới hai dạng: hệ một bậc tự do đại diện cho kết cấu nhịp đặt trên trụ dẻo và hệ nhiều bậc tự do mô phỏng trụ cầu phân bố khối lượng theo chiều cao. Đề tài vận dụng phương pháp ma trận độ cứng, ma trận khối lượng và giải phương trình vi phân chuyển động bằng tích phân Duhamel để xác định phổ phản ứng gia tốc đàn hồi, phổ vận tốc và phổ chuyển vị. Ba khái niệm then chốt được phát triển gồm: hệ số động lực của kết cấu dao động theo chu kỳ riêng, hệ số hình dáng đặc trưng cho các dạng dao động chính, và phổ phản ứng thiết kế quy định tải trọng quán tính cực đại tác dụng lên từng điểm chất điểm của cầu.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết giải tích và so sánh đối chiếu tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế. Nguồn dữ liệu sử dụng trong luận văn bao gồm tập hợp số liệu quan trắc của hơn 700 trận động đất lịch sử tại Việt Nam giai đoạn 1900 đến 1995, tài liệu phân vùng địa chấn theo xác suất xuất hiện lớn hơn hoặc bằng 10% trong khoảng thời gian 20 năm, 50 năm và 100 năm của Viện Địa vật lý.

Bộ mẫu phân tích bao gồm 4 hệ thống quy chuẩn thiết kế kháng chấn tiêu biểu: tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN 221-95 và TCXDVN 375:2006, tiêu chuẩn SNiP II-7-81 của Liên Xô cũ, quy phạm AASHTO LRFD 1996/1998 của Hoa Kỳ, cùng hệ thống hướng dẫn cấu tạo chống va đập và rơi dầm của Nhật Bản. Phương pháp ma trận chuyển vị được lựa chọn vì cho phép mô hình hóa chính xác các dạng dao động riêng từ bậc 1 đến bậc 5 của trụ cầu mảnh và tháp cầu dây văng. Quy trình phân tích phổ phản ứng đơn dạng và đa dạng được áp dụng nhằm tính toán sự kết hợp tổ hợp tải trọng địa chấn theo phương trực giao với tỷ lệ 100% phương chính cộng 30% phương vuông góc.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu chỉ ra sự phân hóa rõ rệt về mức độ nguy hiểm địa chấn trên lãnh thổ Việt Nam. Khu vực Tây Bắc có tần suất xuất hiện động đất magnitude Ms lớn hơn hoặc bằng 4,5 lên tới 0,5029 lần/năm và xác suất động đất Ms lớn hơn hoặc bằng 6,5 là 0,0111 lần/năm, cao hơn gấp 6 lần so với khu vực Đông Bắc nơi tần suất động đất Ms lớn hơn hoặc bằng 4,5 chỉ đạt 0,0803 lần/năm. Tại các đới đứt gãy Sông Mã, Điện Biên - Lai Châu, cường độ chấn động cực đại dự báo có thể đạt cấp 8 đến cấp 9 theo thang MSK-64.

Về mặt động lực học kết cấu, kết quả phân tích theo tiêu chuẩn Việt Nam cho thấy tích số giữa hệ số hư hỏng cho phép K1 và hệ số gia tốc A của công trình cầu dao động từ 0,025 tương ứng với động đất cấp 7, tăng lên 0,05 ở cấp 8 và đạt 0,10 ở cấp 9. Khi so sánh với tiêu chuẩn AASHTO, hệ số sửa đổi ứng xử R của trụ tường đặc đạt mức 2,0, trong khi trụ nhiều cột có độ dẻo cao cho phép hệ số R lên tới 5,0, giúp giảm đáng kể lực quán tính thiết kế tác dụng lên mố trụ. Đồng thời, nghiên cứu đã tổng hợp và chuẩn hóa 9 giải pháp kỹ thuật ngoại vi từ Nhật Bản chuyên dụng ngăn ngừa hiện tượng rơi dầm và sụp đổ kết cấu cầu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm khả năng chịu lực của cầu trong các trận động đất mạnh chủ yếu do hiện tượng dịch chuyển quá mức tại các gối đỡ, dẫn tới tuột dầm khỏi đỉnh trụ hoặc phát sinh khớp dẻo phá hoại giòn ở chân cột bê tông cốt thép. Việc so sánh giữa phương pháp tĩnh lực tương đương và phương pháp phổ phản ứng động lực cho thấy phương pháp tĩnh có xu hướng đánh giá thấp nội lực thực tế từ 15% đến 30% đối với các công trình có chu kỳ dao động tự nhiên lớn hơn 0,4 giây.

Dữ liệu tính toán có thể được biểu diễn trực quan qua bảng so sánh hệ số sửa đổi ứng xử R theo từng loại kết cấu hạ tầng và đồ thị đường cong phổ gia tốc đàn hồi theo chu kỳ dao động riêng T từ 0,1 giây đến 4,0 giây. So với các nghiên cứu công bố tại Nhật Bản sau thảm họa động đất Kobe năm 1995, việc áp dụng hệ số địa bàn S từ 1,0 trên nền đá cứng loại I lên đến 2,5 trên nền đất yếu loại III và 3,5 trên nền bùn sét loại IV là hoàn toàn tương thích. Điều này chứng minh rằng việc xây dựng cầu trên nền đất yếu tại các vùng đồng bằng sông Hồng hay sông Cửu Long đòi hỏi hệ số khuếch đại gia tốc nền rất lớn để đảm bảo biên độ an toàn vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, triển khai lắp đặt hệ thống cáp dự ứng lực cường độ cao PC kết nối liên kết ngoài giữa kết cấu nhịp thượng tầng và xà mũ mố trụ hạ tầng, đặt mục tiêu khống chế chuyển vị ngang và giảm thiểu 40% đến 50% nguy cơ rơi nhịp dầm khi xuất hiện gia tốc nền vượt ngưỡng 0,2g, thực hiện bởi các nhà thầu xây lắp cầu trong giai đoạn thi công mới hoặc nâng cấp định kỳ 5 năm.

Thứ hai, tích hợp hệ thống gờ chắn thép chịu cắt và chốt chặn định vị bê tông cốt thép tại các vị trí tiếp giáp giữa dầm chủ và mố trụ, đảm bảo khả năng hấp thụ năng lượng va đập thứ cấp, nâng cao mức chịu tải trọng ngang thêm 20% đến 30% đối với các cầu nằm trong vùng chấn động cấp 7 trở lên, hoàn thành thiết kế chi tiết trong vòng 6 tháng trước khi phê duyệt dự án.

Thứ ba, áp dụng giải pháp mở rộng bề rộng đỉnh mố và mặt đỉnh trụ cầu thêm tối thiểu 30 cm đến 50 cm so với quy chuẩn thông thường đối với các nhịp giản đơn khẩu độ lớn, kết hợp bố trí chuỗi xích thép neo giữ dự phòng giữa các phân đoạn dầm liên tục, giúp duy trì khả năng đỡ dầm ngay cả khi gối cầu cao su bị trượt phá hủy hoàn toàn trong các trận động đất chu kỳ lặp 475 năm.

Thứ tư, kiến nghị Bộ Giao thông Vận tải và các cơ quan soạn thảo tiêu chuẩn ban hành phụ lục kỹ thuật bắt buộc áp dụng phân tích lịch sử thời gian và kiểm toán chuyển vị dẻo theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD cho toàn bộ các cầu cấp đặc biệt và cấp 1 trên các tuyến quốc lộ trọng điểm, hoàn thiện khung pháp lý trong lộ trình 12 tháng đến 24 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Kỹ sư thiết kế cầu đường và chuyên gia kết cấu công trình: Luận văn cung cấp toàn bộ công thức giải tích ma trận động lực học, quy trình tính toán phổ phản ứng n bậc tự do và bảng tra hệ số ứng xử địa chấn, phục vụ trực tiếp cho công tác lập mô hình tính toán kháng chấn trên các phần mềm chuyên ngành.

Chủ đầu tư và Ban quản lý dự án giao thông: Tài liệu là căn cứ kỹ thuật quan trọng giúp đánh giá mức độ rủi ro thiên tai, lựa chọn giải pháp kháng chấn tối ưu chi phí và kiểm soát chất lượng hồ sơ thiết kế công trình cầu vượt sông, cầu cạn đô thị.

Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Cầu - Hầm: Công trình đóng vai trò là tài liệu tham khảo học thuật chuyên sâu, hệ thống hóa toàn diện các lý thuyết dao động công trình, phân tích chuyển vị đàn hồi và so sánh đa dạng các hệ tiêu chuẩn quốc tế từ Mỹ, Nhật, Liên Xô đến Việt Nam.

Cơ quan quản lý nhà nước và viện nghiên cứu quy chuẩn xây dựng: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm về tần suất động đất tại các miền địa chất Việt Nam cùng bộ giải pháp kỹ thuật cấu tạo gờ chặn, cáp neo nhằm phục vụ công tác rà soát, bổ sung và ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao công trình cầu ở Việt Nam cần phải thiết kế tính toán kháng chấn?

Mặc dù không nằm giữa vành đai lửa địa chấn, Việt Nam sở hữu nhiều hệ thống đứt gãy kiến tạo sâu đang hoạt động mạnh. Lịch sử đã ghi nhận các trận động đất mạnh đến 6,8 độ Richter tại Điện Biên và Tuần Giáo, gây chấn động cấp 8 đến 9. Nếu không tính toán kháng chấn, lực quán tính ngang sẽ làm biến dạng trụ, gãy xén bu lông neo và gây sụp đổ nhịp dầm.

Sự khác biệt cơ bản giữa phương pháp tính tĩnh và phương pháp tính động là gì?

Phương pháp tĩnh quy ước công trình là vật rắn tuyệt đối dịch chuyển đồng nhất với nền đất qua hệ số động đất, tính toán đơn giản nhưng bỏ qua sự làm việc dẻo. Phương pháp động giải hệ phương trình vi phân chuyển động có cản, xét đến ma trận độ cứng, ma trận khối lượng và phổ phản ứng thực tế, giúp phản ánh chính xác nội lực ở từng dạng dao động riêng.

Hệ số sửa đổi ứng xử R trong tiêu chuẩn AASHTO có ý nghĩa gì đối với thiết kế trụ cầu?

Hệ số R phản ánh khả năng tiêu tán năng lượng và biến dạng dẻo không đàn hồi của kết cấu hạ tầng dưới tác động động đất. Bằng cách chia lực đàn hồi tính toán cho hệ số R từ 2,0 đến 5,0, kỹ sư có thể giảm kích thước tiết diện và lượng cốt thép trụ cầu, đồng thời bố trí chi tiết cốt đai dẻo để chống nứt vỡ cục bộ.

Giải pháp dùng cáp dự ứng lực PC bảo vệ cầu chống động đất hoạt động như thế nào?

Cáp dự ứng lực PC được lắp đặt liên kết ngoài nối dầm thượng tầng với thân trụ hoặc bệ mố nhằm giới hạn biên độ chuyển vị tương đối giữa hai bộ phận. Khi xảy ra rung chấn mạnh làm hỏng gối đỡ, lực căng cáp đóng vai trò dây neo đàn hồi giữ chặt dầm, triệt tiêu nguy cơ xô lệch ngang và ngăn chặn hoàn toàn hiện tượng rơi nhịp cầu.

Tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn phân loại các điều kiện đất nền như thế nào?

Tiêu chuẩn phân chia đất nền từ loại I đến loại IV dựa trên tốc độ truyền sóng cắt và chiều dày tầng địa chất. Đất loại I gồm đá cứng có tốc độ sóng cắt trên 762 m/s với hệ số địa bàn S là 1,0. Ngược lại, đất loại III và IV là bùn sét mềm có hệ số S từ 2,5 đến 3,5, làm gia tăng biên độ dao động và đòi hỏi tăng tải trọng thiết kế kháng chấn.

Kết luận

• Động đất tại Việt Nam phát sinh chủ yếu do vận động kiến tạo dọc theo các đứt gãy sâu, tập trung mật độ cao tại vùng Tây Bắc với tần suất chấn động cấp 8 đạt ngưỡng nguy hiểm.
• Phương pháp phân tích động lực học kết cấu sử dụng phổ phản ứng và tích phân Duhamel cho kết quả tính toán chính xác vượt trội so với phương pháp tĩnh lực truyền thống đối với các cầu khẩu độ lớn.
• So sánh các tiêu chuẩn thiết kế AASHTO, SNiP và tiêu chuẩn Việt Nam khẳng định tầm quan trọng của việc chuẩn hóa hệ số ứng xử R và hệ số khuếch đại đất nền S trong kiểm soát chuyển vị dẻo.
• Đóng góp nổi bật của nghiên cứu là đề xuất hệ thống 9 giải pháp kỹ thuật kháng chấn thực tiễn gồm cáp PC liên kết, chốt an toàn, gờ chặn thép và mở rộng đỉnh trụ phù hợp với điều kiện thi công tại Việt Nam.
• Lộ trình triển khai tiếp theo cần tập trung nghiên cứu thực nghiệm mô hình bàn rung địa chấn trong 12 tháng tới và hoàn thiện phần mềm tính toán tự động hóa nhằm đưa các giải pháp kháng chấn vào áp dụng đại trà cho mạng lưới cầu đường toàn quốc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Ñaïi Hoïc Quoác Gia Tp. Hoà Chí Minh TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA -------------------- TRAÀN ÑÌNH MINH ÑEÀ TAØI: NGHIEÂN CÖÙU CAÙC BIEÄN PHAÙP BAÛO VEÄ CAÀU KHI BÒ TAÙC ÑOÄNG CUÛA ÑOÄNG ÑAÁT Chuyeân ngaønh: Xaây döïng caàu, haàm LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ TP. HOÀ CHÍ MINH, thaùng 07 naêm 2007 COÂNG TRÌNH ÑÖÔÏC HOAØN THAØNH TAÏI TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP HOÀ CHÍ MINH Caùn boä höôùng daãn nhaän xeùt: TS. NGUYEÃN BAÙ HOAØNG PGS.

LEÂ VAÊN NAM Caùn boä chaám nhaän xeùt 1: Caùn boä chaám nhaän xeùt 2: TP. Hoà Chí Minh, thaùng 07 naêm 2007 TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA COÄNG HOØA XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM PHOØNG ÑAØO TAÏO SÑH Ñoäc laäp – Töï do – Haïnh phuùc --------------- ----------- Tp. naêm 2007 NHIEÄM VUÏ LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Hoï vaø teân hoïc vieân: TRAÀN ÑÌNH MINH Phaùi: Nam Ngaøy thaùng naêm sinh: 17/12/1982 Nôi sinh: Quaûng Nam Chuyeân ngaønh: Xaây Döïng Caàu Haàm MSHV: 04005666 I. TEÂN ÑEÀ TAØI NGHIEÂN CÖÙU CAÙC BIEÄN PHAÙP BAÛO VEÄ CAÀU KHI BÒ TAÙC ÑOÄNG CUÛA ÑOÄNG ÑAÁT II.

NHIEÄM VUÏ VAØ NOÄI DUNG 1. NHIEÄM VUÏ Nghieân cöùu caùc bieän phaùp baûo veä caàu khi bò taùc ñoäng cuûa ñoäng ñaát. NOÄI DUNG Chöông 1: Toång quan veà söï taùc ñoäng cuûa ñoäng ñaát Chöông 2: Caùc phöông phaùp tính coâng trình chòu ñoäng ñaát Chöông 3: Caùc tieâu chuaån thieát keá ñoäng Chöông 4: Nhöõng bieän phaùp nöôùc ngoaøi aùp duïng choáng ñoäng ñaát Chöông 5: Keát luaän vaø kieán nghò III. NGAØY GIAO NHIEÄM VUÏ: 20/01/2006 IV.

NGAØY HOAØN THAØNH NHIEÄM VUÏ: 11/07/2007 V. CAÙN BOÄ HÖÔÙNG DAÃN: TS. NGUYEÃN BAÙ HOAØNG VAØ PGS. LEÂ VAÊN NAM CAÙN BOÄ CN BOÄ MOÂN Q.L HÖÔÙNG DAÃN CHUYEÂN NGHAØNH TS.

NGUYEÃN BAÙ HOAØNG PGS. LEÂ VAÊN NAM TS. LEÂ THÒ BÍCH THUÛY Noäi dung vaø ñeà cöông Luaän vaên Thaïc só ñaõ ñöôïc Hoäi ñoàng Chuyeân nghaønh thoâng qua Ngaøy….naêm 2007 TRÖÔÛNG PHOØNG ÑT-SÑH TRÖÔÛNG KHOA QL NGAØNH LÔØI CAÙM ÔN Hôn 2 naêm troâi qua, laø khoaûng thôøi gian ñuû daøi maø em ñaõ theo hoïc cao hoïc nghaønh xaây döïng caàu haàm taïi tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Tp Hoà Chí Minh. Hoâm nay, em ñaõ keát thuùc taát caû caùc moân vaø hoaøn thaønh Luaän vaên Thaïc Só naøy laø phaàn lôùn nhôø söï giaûng daïy vaø höôùng daãn nhieät tình vaø ñaày löông taâm traùch nhieäm cuûa caùc thaày coâ phuï traùch moân hoïc cuûa nghaønh.

Cuoái cuøng em ñaõ hoaøn thaønh Luaän vaên Thaïc Só vôùi ñeà taøi: Nghieân cöùu caùc bieän phaùp baûo veä caàu khi bò taùc ñoäng cuûa ñoäng ñaát. Luaän vaên naøy söï toång keát caùc kieán thöùc ñaõ hoïc vaø söï noå löïc cuûa baûn thaân trong vieäc nghieân cöùu moät ñeà taøi khoa hoïc töông ñoái môùi ñoàng thôøi cuõng laø neàn taûng ñeå em nghieân cöùu tieáp sau naøy. Vôùi taám loøng moät Kyõ sö vaø hoïc vieân cao hoïc saép hoaøn thaønh Thaïc só, em xin ñöôïc gôûi lôøi noùi cuûa mình: - Söï kính troïng vaø bieát ôn cao caû ñeán Thaày NGUYEÃN BAÙ HOAØNG vaø Thaày LEÂ VAÊN NAM ñaõ höôùng daãn em laøm ñeà taøi trong suoát 7 thaùng qua. Söï höôùng daãn nhieät tình vaø raát chuaån möïc cuûa hai Thaày ñaõ môû ra vaø taïo cho em höôùng ñi môùi trong vieäc tìm toøi vaø nghieân cöùu moät vaán ñeà khoa hoïc.

- Caûm ôn Boä moân Caàu Ñöôøng, quyù Thaày Coâ vaø caùc baïn trong lôùp hoïc ñaõ taïo moïi ñieàu kieän ñeå toâi hoaøn thaønh toát Luaän vaên Thaïc Só naøy. - Caûm ôn Phoøng Ñaøo taïo sau Ñaïi hoïc vaø Tröôøng ñaïi hoïc baùch khoa ñaõ taïo moïi ñieàu kieän ñeå toâi hoaøn taát khoaù hoïc naøy. - Vaø cuoái cuøng laø nieàm ñoäng vieân tinh thaàn lôùn nhaát ñeå toâi hoaøn thaønh toát Luaän vaên Thaïc Só naøy laø gia ñình, ñaëc bieät laø Ba Meï, ñaõ khoâng ngaïi khoù khaên nuoâi döôõng vaø luoân hy voïng keát quaû thaønh tích hoïc taäp ôû toâi. Con xin chaân thaønh caûm ôn Ba Meï, gia ñình ñaõ giuùp ñôõ con hoaøn thaønh khoaù hoïc vaø Luaän vaên Thaïc Só naøy laø moùn quaø cao quí nhaát maø con xin taëng cho gia ñình.

Vôùi khaû naêng vaø söï hieåu bieát cuûa toâi hieän taïi chaéc chaén seõ khoâng traùnh ñöôïc nhöõng sai laàm nhaát ñònh xin quyù Thaày Coâ vaø ñoäc giaû boû qua vaø chæ daãn cho toâi trong vieäc hoaøn thieän hôn nöõa voán kieán thöùc cuûa mình. Traân troïng kính chaøo! Traàn Ñình Minh TOÙM TAÉT LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ TEÂN ÑEÀ TAØI NGHIEÂN CÖÙU CAÙC BIEÄN PHAÙP BAÛO VEÄ CAÀU KHI BÒ TAÙC ÑOÄNG CUÛA ÑOÄNG ÑAÁT TOÙM TAÉT Trong ñieàu kieän Vieät Nam hieän nay, vieäc aùp duïng caùc bieän phaùp baûo veä caàu khi bò taùc ñoäng cuûa ñoäng ñaát ôû nöôùc ta laø raát ít. Vaø gaàn ñaây noù chæ ñöôïc aùp duïng cho nhöõng coâng trình lôùn nhö Caàu daây vaêng Myõ Thuaän, Caàu daây vaêng Baõi Chaùy… moät phaàn laø do nöôùc ta khoâng naèm trong khu vöïc coù ñoäng ñaát maïnh vaø caùc ñeà taøi nghieân cöùu veà caàu khi bò taùc ñoäng cuûa ñoäng ñaát coøn ít. Do ñoù, muïc ñích cuûa ñeà taøi laø ñi vaøo nghieân cöùu caùc bieän baûo veä caàu khi bò taùc ñoäng cuûa ñoäng ñaát.

Phaàn ñaàu cuûa luaän vaên laø tìm hieåu toång quan veà söï taùc ñoäng cuûa ñoäng ñaát, caùc phöông phaùp tính coâng trình chòu ñoäng ñaát vaø caùc tieâu chuaån thieát keá ñoäng. Phaàn naøy chæ mang tính tìm hieåu lyù thuyeát laø chính. Trong phaïm vi phaàn naøy ñöôïc tham khaûo theâm taøi lieäu [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]. Phaàn tieáp theo laø tìm hieåu nhöõng bieän phaùp nöôùc ngoaøi aùp duïng choáng ñoäng ñaát, coù 2 phaàn: phaàn moät laø lyù thuyeát tính toaùn, söû duïng hai sô ñoà tính toaùn vaø heä soá thieát keá ngang.

Phaàn hai laø caùc bieän phaùp choáng ñoäng ôû nöôùc ngoaøi coù theå aùp duïng vaøo nöôùc ta, coù 9 bieän phaùp aùp duïng. Ngoaøi ra, chuùng ta coù theå keát hôïp caùc phöông phaùp ñoù laïi vôùi nhau ñeå choáng ñoäng. Trong phaïm vi phaàn naøy ñöôïc tham khaûo theâm taøi lieäu thieát keá choáng ñoäng cuûa Nhaät [8] vaø caùc baûn thieát keá maãu phoøng choáng caùc chaán ñoäng cuûa Nhaät Baûn [9]. Trong phaàn keát luaän vaø kieán nghò cuûa luaän vaên seõ ñöa nhaän xeùt veà vieäc caùch aùp duïng caùc phöông phaùp baûo veä choáng ñoäng vaø moät vaøi kieán nghò veà choáng ñoäng.

Ñeà taøi mang tính chaát aùp duïng caùc phöông phaùp baûo veä choáng ñoäng ôû nöôùc ngoaøi ñeå aùp duïng cho nöôùc ta. SUMMARY OF THESIS THEME OF THESIS STUDYING THE METHODS TO PROTECT BRIDGES WHEN THEY WERE EFFECTED BY EARTHQUAKE ABSTRACT In Viet Nam condition, it is unusual to apply the methods to protect bridges when they were effected by earthquake. Recently, it is only apply for big structures as cable stayed bridge My Thuan, cable stayed bridge Bai Cha … because Viet Nam isn’t in great earthquake areas and the scarce in the fied of bridges when they were effected by earthquake no popular. Therefore, the main of thesis is studying the methods to protect bridges when they were effected by earthquake.

In the first part of thesis, it is research of overview about impact of earthquake, the methods calculate structures that were effected by earthquake, earthquake design standard. It is only the part theory. In the next part of thesis, it is research of the methods of earthquake resistance that the foreign countrys apply, there are 2 parts: part one is calculation theory, using two calculation diagram and horizontal design coefficient. Part two is the methods of earth resistance in foreign countrys to apply for our country, there are 9 the methods.

Also, we can combine the methods together. In conclusion and petition of thesis, applying the methods of earthquake resisitance made comments and a few petition about earthquake resistance. The thesis is applying the methods of earthquake resistance in foreign countrys to apply for our country. MUÏC LUÏC CHÖÔNG 1: TOÅNG QUAN VEÀ SÖÏ TAÙC ÑOÄNG CUÛA ÑOÄNG ÑAÁT.

NGUYEÂN NHAÂN CUÛA ÑOÄNG ÑAÁT. Ñoäng ñaát vaø nguyeân nhaân cuûa ñoäng ñaát. Vaän ñoäng kieán taïo cuûa traùi ñaát. TAÙC HAÏI CUÛA ÑOÄNG ÑAÁT.

Aûnh höôûng tröïc tieáp vaøo coâng trình. Aûnh höôûng tôùi neàn moùng coâng trình. Aûnh höôûng tôùi coâng trình caàu. MOÄT VAØI KHAÙI NIEÄM VEÀ ÑOÄNG ÑAÁT.

Ñoä saâu chaán tieâu, khoaûng caùch chaán tieâu, khoaûng caùch chaán taâm. ÑOÄ NGUY HIEÅM ÑOÄNG ÑAÁT CUÛA MOÄT LAÕNH THOÅ. Tieâu chí ñeå xaùc ñònh ñoä nguy hieåm cuûa ñoäng ñaát .2 Phaân vuøng ñoäng ñaát treân theá giôùi. PHAÂN VUØNG ÑOÄNG ÑAÁT ÔÛ VIEÄT NAM .1 Taàn suaát trung bình cuûa ñoäng ñaát.

Nhöõng traän ñoäng ñaát maïnh ñaõ xaûy ra taïi Vieät Nam. Nhöõng traän ñoäng ñaát maïnh ñaõ xaûy ra taïi nöôùc ngoaøi. DÖÏ ÑOAÙN KHAÛ NAÊNG XAÛY RA ÑOÄNG ÑAÁT MAÏNH ÔÛ VIEÄT NAM. Ñaëc ñieåm caùc traän ñoäng ñaát ôû Vieät Nam.

Taàn suaát laëp laïi chaán ñoäng treân caùc vuøng laõnh thoå Vieät Nam.8 CHÖÔNG 2: CAÙC PHÖÔNG PHAÙP TÍNH COÂNG TRÌNH CHÒU ÑOÄNG ÑAÁT. PHÖÔNG PHAÙP TÓNH. PHÖÔNG PHAÙP ÑOÄNG. Phoå phaûn öùng cuûa coâng trình coù moät baäc töï do.

Phoå phaûn öùng cuûa coâng trình coù nhieàu baäc töï do .14 CHÖÔNG 3: CAÙC TIEÂU CHUAÅN THIEÁT KEÁ ÑOÄNG ÑAÁT. TIEÂU CHUAÅN VIEÄT NAM VAØ TIEÂU CHUAÅN 1981 LIEÂN XOÂ CUÕ. Toå hôïp vaø caùc phöông taùc duïng cuûa löïc ñoäng ñaát. Coâng thöùc tính taûi troïng ñoäng ñaát.

Xaùc ñònh heä soá xeùt ñeán söï hö hoûng cho pheùp cuûa coâng trình sau ñoäng ñaát. Troïng löôïng chaát ñieåm (q). Xaùc ñònh caáp ñoäng ñaát cuûa vuøng. Heä soá taêng taûi phuï theâm.

Caáp ñoäng ñaát tính toaùn cuûa coâng trình. Heä soá ñoäng löïc (βi). Heä soá xeùt ñeán hình daïng coâng trình (kΨ). Heä soá xeùt ñeán kieåu bieán daïng vaø vò trí ñaët taûi treân coâng trình (ηik).

PHAÂN TÍCH ÑOÄNG ÑAÁT TRONG THIEÁT KEÁ COÂNG TRÌNH CAÀU DAÂY TREO THEO TIEÂU CHUAÅN AASHTO – 1996:. Caùc vaán ñeà chung. Coâng thöùc tính taûi troïng ñoäng ñaát. Caáp tính naêng ñoäng ñaát.

Heä soá gia toác A. Taàm quan troïng cuûa coâng trình (IC). Caáp tính naêng ñoäng ñaát (SPC). Heä soá ñòa ñieåm.

Ñaát loaïi II. Ñaát loaïi III. Heä soá öùng xöû ñoäng ñaát ñaøn hoài vaø phoå ñoäng ñaát ñaøn hoài. Heä soá söûa ñoåi öùng xöû.

Caùc yeâu caàu phaân tích vaø thieát keá. PHAÂN TÍCH ÑOÄNG ÑAÁT TRONG THIEÁT KEÁ COÂNG TRÌNH CAÀU DAÂY TREO THEO TIEÂU CHUAÅN AASHTO – 1998:. Taàm quan troïng cuûa coâng trình. Caáp tính naêng ñoäng ñaát.

Heä soá ñòa ñieåm. Heä soá söûa ñoåi öùng xöû. Caùc yeâu caàu phaân tích vaø thieát keá. TIEÂU CHUAÅN KHAÙNG CHAÁN CUÛA PHAÙP.

Löïc ngang ñoái vôùi coâng trình coù moät baäc töï do. Löïc ñöùng ñoái vôùi coâng trình coù moät baäc töï do. Ñoái vôùi coâng trình coù nhieàu baäc töï do. TIEÂU CHUAÅN KHAÙNG CHAÁN CUÛA AUSTRALIA.

Löïc ñoäng ñaát naèm ngang. Löïc ñoäng ñaát thaúng ñöùng .43 CHÖÔNG 4:NHÖÕNG BIEÄN PHAÙP NÖÔÙC NGOAØI AÙP DUÏNG CHOÁNG ÑOÄNG ÑAÁT. LYÙ THUYEÁT TÍNH TOAÙN. Löïc quaùn tính.

Sô ñoà tính toaùn. Heä soá ñòa chaán ngang.1 Heä soá ñòa chaán ngang. Xaùc ñònh caùc heä soá ñòa chaán .