I. Giới thiệu
Động đất là một hiện tượng tự nhiên gây ra sự rung chuyển của mặt đất, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình xây dựng, đặc biệt là công trình nhà cao tầng. Khi công trình chịu tải trọng động đất, độ cứng đất nền đóng vai trò quan trọng trong việc xác định phản ứng của kết cấu. Tương tác giữa đất nền và kết cấu (SSI - soil-structure interaction) có thể làm thay đổi đáng kể các đặc tính dao động và phản ứng động của hệ kết cấu. Việc tính toán công trình thường bỏ qua ảnh hưởng của SSI, dẫn đến những sai lệch trong dự đoán ứng xử của công trình dưới tác động của động đất. Do đó, việc nghiên cứu và đánh giá ảnh hưởng của độ cứng đất nền là cần thiết để cải thiện độ chính xác trong thiết kế và phân tích công trình.
II. Tình hình nghiên cứu
Nghiên cứu về ảnh hưởng của độ cứng đất nền đến công trình nhà cao tầng đã được nhiều tác giả quan tâm. Ohbta [1] đã chỉ ra rằng chu kỳ dao động tự nhiên của kết cấu phụ thuộc vào độ cứng của đất nền. Kết quả cho thấy khi chiều cao công trình tăng hoặc độ cứng của đất nền giảm, chu kỳ dao động tự nhiên sẽ tăng lên. Vardanega [2] cũng đã phân tích phản ứng của hệ kết cấu khi xét đến tương tác giữa đất nền và kết cấu, cho thấy rằng tương tác này làm gia tăng chu kỳ dao động tự nhiên và tăng sức cản hiệu quả do sự hao hụt năng lượng. Những nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xem xét độ cứng đất nền trong mô hình tính toán để có được kết quả chính xác hơn.
III. Phương pháp nghiên cứu
Để đánh giá ảnh hưởng của độ cứng đất nền đến công trình nhà cao tầng dưới tác động của động đất, nghiên cứu sử dụng mô hình dầm trên nền phi tuyến Winkler (BNWF). Mô hình này cho phép phân tích ứng xử của kết cấu khi chịu tải trọng động đất theo cả phương ngang và phương đứng. Phương pháp phân tích lược sử thời gian được áp dụng để mô phỏng các phản ứng của kết cấu. Các mô hình sẽ được khảo sát khi chỉ chịu tải trọng động đất theo phương ngang và khi chịu cả tải trọng theo phương đứng. Việc phân tích này giúp xác định rõ ràng hơn về ảnh hưởng của độ cứng đất nền đến phản ứng của hệ kết cấu.
IV. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng độ cứng đất nền có ảnh hưởng đáng kể đến chu kỳ dao động và phản ứng của công trình nhà cao tầng. Khi độ cứng đất nền giảm, chu kỳ dao động tự nhiên của kết cấu tăng lên, dẫn đến sự gia tăng chuyển vị và nội lực trong các cột. Điều này cho thấy rằng việc thiết kế công trình cần phải xem xét kỹ lưỡng đến độ cứng đất nền để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc chịu tải trọng động đất. Các biện pháp chống động đất cũng cần được điều chỉnh dựa trên các kết quả phân tích này để nâng cao khả năng chịu lực của công trình.
V. Kết luận
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ cứng đất nền có ảnh hưởng lớn đến ứng xử của công trình nhà cao tầng dưới tác động của động đất. Việc xem xét tương tác giữa đất nền và kết cấu là cần thiết để có được các mô hình tính toán chính xác hơn. Các kết quả từ nghiên cứu này có thể được áp dụng trong thực tiễn để cải thiện thiết kế và xây dựng các công trình an toàn hơn trước các tác động của động đất. Do đó, việc nghiên cứu sâu hơn về độ cứng đất nền và các yếu tố liên quan là rất quan trọng trong lĩnh vực xây dựng.
