mở đầu nêu lý do chọn dé tài, mục đích nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu. ý nghĩa nghiên cứu va cau trúc luận văn. Chương 2 trình bày tong quan về tương tác đất nên — kết cau, gia cường FRP và chỉ số hư hai, tình hình nghiên cứu trong va ngoài nước. Chương 3 nêu co sở lý thuyết chính của luận văn bao gồm mô hình SSI và lựa chọn mô hình SSI cho luận văn, các đặc trưng vật ly của FRP, quan hệ ứng suất biễn dạng của vật liệu, quan hệ mô men — góc xoay, mô hình phân tích phi tuyến, mô hình hư hại.
Chương 4 trình bay phân tích số gsm kiểm chứng mô hình hư hại của khung 2 tầng, 4 tầng, 8 tầng: mô tả khung gia cường FRP kháng uốn và lựa chọn băng gia tốc. Chương 5 nêu ra kết quả phân tích chỉ số hư hại DI trung bình của khung ban dau, khung gia cường không xét SSI, khung gia cường có xét SSI với yếu tốc vận tốc sóng cắt Vs khác nhau và thảo luận kết qua đạt được. Chương 6 nêu ra một số kết luận đạt được và kiến nghị. Công trình công bồ và tài liệu trích dẫn phục vụ cho dé tài.
4 CHƯƠNG 2: TONG QUAN 2. Giới thiệu Những năm gan đây, tình hình thiên tai xảy ra với tần suất ngày càng nhiều như động đất, sóng thần, mưa bão, lũ lụt,. tác động rất lớn đến con người. Trong đó, động đất là một thiên tai gây ra những thiệt hại rất nặng về người và của.
Điền hình, trận động đất mạnh 6.8 độ Richter tại thành phố Kobe, Nhật Bản năm 1995 làm 6400 người thiệt mạng, thiệt hại về kinh tế khoảng 100 tỷ USD, tương đương với 2. Và gần đây, một trận động đất 7.9 độ Richter tại Tứ Xuyên, Trung Quốc làm khoảng 50000 người thiệt mang, gan 5 triệu người mat nhà cửa. Nhiều công trình hiện hữu đã được thiết kế dựa trên các tiêu chuẩn cũ, trong đó động đất không được chú trọng đúng mức hoặc công trình xuống cấp theo thời gian. Các công trình này không đủ khả năng chịu các trận động đất có thé xảy ra.
Hậu quả, khi động 5 đất xảy ra, phan lớn các công trình xây dựng nằm trong vùng động đất déu bị hư hại. Điều đó được minh chứng trong các trận động đất như Northridge (1994). Các công trình bị xuống cấp và thiết kế thiếu đang đứng trước hai lựa chọn: 1) phá dỡ và xây mới, 2) gia cường. So với phương án 1 thì phương án 2 kinh tế hơn.
So với các phương án gia cường như hệ giằng thép, tăng tiết diện cột, gia có bang hệ cản, thì gia cường băng FRP có nhiều ưu điểm nỗi bậc như trọng lượng nhẹ, cường độ chịu kéo cao, chi phí thấp, không chiếm không gian và dễ thi công. Trước đây, các kết quả nghiên cứu về công trình chịu tác động của động đất thường bỏ qua ảnh hưởng đất nền đến khả năng chịu lực của công trình và giả thiết công trình ngam cứng tại vị trí chân cột tiếp giáp móng công trình. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây chỉ ra sự cần thiết của việc nghiên cứu các điều kiện đất nền đến phản ứng của kết cầu do hiệu ứng SSI có xu hướng kéo dài chu kỳ tự nhiên của hệ và ảnh hưởng trực tiếp đến nội lực, chuyển vị cũng như mức độ hu hỏng của công trình khi chịu động đất. Vì vậy yếu tố tương tác đất nên — kết câu cần phải được nghiên cứu một cách kỹ lưỡng trong việc phân tích kết cầu chịu động đất.
Van dé kêt câu gia cường kháng uôn FRP va cũng như xét đền tương tac dat nên — két câu trong quá trình phân tích đã được nhiều tác gia trong và ngoài nước nghiên cứu va công bố trong phan 2. Tong quan tình hình nghiên cứu Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài được phân thành 3 phân chủ yếu: tương tác đất nền — kết cau khi kết cấu chịu động dat, ứng xử của kết cau có gia cường FRP và các mô hình hư hại khác nhau để đánh giá mức độ hư hại của kết cấu. Tương tác đất nên — kết cấu SSI Khi động đất xảy ra, kết cầu BTCT rất nhạy với sự rung lac của nên đất. Nó là nguyên nhân gây ra sự hư hỏng hoặc sụp đồ các công trình xây dựng.
Đề xác định mức độ 6 ảnh hưởng cua dat nên lên két cau chịu động dat một cách chính xác thì cân xét đên tương tác của đất nền và kết cấu (SSI). Tương tác đât nên — kêt cầu có xu hướng kéo dài chu kỳ tự nhiên của hệ ảnh hưởng đền chuyên vi, nội lực, biên dạng của hệ. Điêu này được khang định trong các nghiên cứu sau. Nam 1974, Chopra và cộng sự [3] đã giới thiệu một phương pháp hiệu qua dựa trên khái niệm Ritz phân tích động của phản ứng nhà nhiều tang bao gém tương tác của kết cấu đến chuyển động đất nền do động đất gây ra.
Hệ thống gồm kết cau chịu lực trên móng tròn cứng gan liền nền đất bán không gian đàn hỏi tuyến tính. Trong phương pháp này, chuyển vị kết cầu được chuyển thành dạng dao động kết cau trên nên cứng. Kết quả cho thay răng, phương pháp trên có thé thu được kết quả chính xác đối với dạng dao động đầu tiên. Gan đây, Jarenprasert và cộng sự [4] nghiên cứu ảnh hưởng SSI đối với kết cầu một tầng trên nền bán không gian đàn hồi dựa trên băng gia tốc được ghi tại California và Mexico.
Kết quả cho thấy, SSI làm tăng độ dẻo dai và tổng chuyền vị so với trường hop ngàm cứng. Kết quả này có sự khác biệt trong các tiêu chuẩn kháng chấn hiện hành là cho phép người thiết kế bỏ qua SSI hoặc giảm lực cắt đáy so với kết cau ngàm cứng. Đề khắc phục van dé này, tác giả giới thiệu hệ số thiết kế chịu động dat C, khi xét SSI. C, là hệ số chịu động đất không hồi phục, C, của kết cầu ngàm cứng tương đương với chu kỳ tự nhiên T có xét SSI.
Chuyển vị tương đối của kết cấu có thể đánh giá như là chuyển vị tại thời điểm chảy dẻo u, với độ dẻo dai /, yêu cầu. Tổng chuyền vi đỉnh có xét đến SSI được xấp xi bằng ø („+ 4” —1) với 2=7/7. trong đó T là chu ky tự nhiên của hệ ban đầu. Cách tiếp cận này nhăm đánh giá tầm quan trọng của SSI đến ứng xử của kết cau thông qua chuyển vị, chu kỳ.
7 Hiệu ứng SSI đã được nghiên cứu đối với hệ một bậc tự do, tuy nhiên đối với hệ nhiều bậc tự do thì hiệu ứng này vẫn còn bỏ ngỏ. Halabian và Zafarani [5] sử dụng phương pháp phân tích đây dân đối với hệ nhiều bậc tự do có xét đến SSI như Hình 2. Một mô hình chung cho kết cau thấp tang, trung bình va cao tang được phát triển. Kết qua chỉ ra rằng hiệu ứng SSI làm thay đổi đáng kế phan ứng của kết câu và nếu bỏ qua hiệu ứng này có thé dẫn đến kết luận sai lầm trong thiết kế khung BTCT chịu động đất.
Đông thời kết quả này cho thay vận tốc cat của sóng giảm nhưng làm tăng chuyền vị tang.3 Hệ thống có xét đến tương tác đất nền [5]. Năm 2008, Mofid Nakhaei [6] phân tích ảnh hưởng của SSI thông qua chỉ số hư hại (Damage Index - DI) của Park và Ang [7] trong mô hình song tuyến tính SDOF. Hai thông số quan trọng được sử dụng: 1) tần số không thứ nguyên là ty lệ giữa độ cứng của kết cau với độ cứng đất nền, 2) tỷ lỆ các cạnh cua kết cấu. Nền đất được xem là đồng nhất bán không gian đàn hồi va sử dụng mô hình Cone.
Kết cấu được phân tích dựa trên băng gia tốc của ba trận động đất khác nhau với các loại nền đất khác nhau. Nghiên cứu được thực hiện trực tiếp trong miễn thời gian bang phương pháp tích phân từng bước. Kết quả chỉ ra rang, SSI làm tăng chỉ số hư hại trước thời điểm chuyền động đất nền chiếm ưu thế. Điều đó có nghĩa là kết cau có chu kì thấp hơn ngưỡng chu kỳ, mức độ hư hại kết cau có xét SSI lớn hơn kết cau không xét SSI.
Và đặc biệt, nó hiệu qua hơn trong trường hợp kết cầu tương 8 đôi cứng trên nên dat mém. Ngoài ra, tỷ lệ kích thước của công trình tang lên cũng làm tăng hiệu qua SSI trước ngưỡng chu ki. Thay thế toàn bộ hệ thống dat nên — kết cau băng hệ thống dao động có định dé xem xét ảnh hưởng của SSI là phương pháp phân tích phố biến trong các tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất. Phương pháp này đã được đề cập trong tiêu chuẩn thiết kế như NEHRP, ASCE.
bang cách xác định chu kì dao động tương đương va tỷ số cản. Tuy nhiên, các nghiên cứu gan đây lại chỉ ra rằng ảnh hưởng của SSI nên được xem xét đối với kết cau làm việc trong miễn phi tuyến. Khoshnoudian và cộng sự [8] đã chỉ ra rang, trong các tài liệu gan đây như NSPs, FEMA — 440 thì tỷ số cản của dao động đã được thay thế bang độ dẻo dai của hệ thống dat nền — kết cau lay từ phân tích day dan. Các thông số trên được thực hiện băng cách sử dung 13 bộ băng gia tốc trên nền đất mềm, nơi mà độ cứng có sự chênh lệch đáng kể giữa đất và kết câu dẫn đến ảnh hưởng của SSI đối với kết cau là đáng kê.
Phương pháp tuyến tính tương đương cung cấp một kết quả chấp nhận được đối với kêt câu có chu kỳ trung bình và dài. Gan đây, Aydemir và các cộng sự [9] phân tích ứng xử của nhà nhiều tầng chịu động đất có xét SSI. Khung BTCT có chiều cao lần lượt 1, 3, 6, 9, 12 và 15 tầng tương ứng tỷ lệ các cạnh (h/I) 1⁄3, 1, 2, 3, 4 và 5 dựa trên tiêu chuân Thổ Nhĩ Ky được khảo sát. Ty số chuyền vị và các hệ số giảm cường độ được nghiên cứu thiết kế với các băng gia tốc của 64 trận động đất trong các điều kiện nền khác nhau như đá, đất cứng, đất mém và rất mềm.
Kết quả cho thấy, hệ số giảm cường độ của kết cau có xét SSI được tìm thấy nhỏ hơn hệ số giảm cường độ được nêu trong tiêu chuẩn thiết kế. Nó dẫn đến một thiết kế không an toàn. Bên cạnh đó, đối với kết câu có chu kì nhỏ hơn 0,5s, ty lệ chuyển vi trong trường hợp có xét đến SSI khác biệt rõ rệt so với không xét SSI.