I. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, thiết kế kháng chấn trên thế giới phát triển theo xu hướng thiết kế các công trình phải có khả năng chịu lực, chịu bền và chịu dẻo thích hợp, nhằm đảm bảo trong trường hợp động đất xảy ra sinh mạng con người được bảo vệ và các hạ tầng được an toàn. Các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trong lĩnh vực xây dựng công trình cho thấy vấn đề chịu lực của kết cấu dưới tác động của động đất là bài toán năng lượng. Để công trình không bị sập đổ, công trình phải có khả năng hấp thụ và phân tán năng lượng được truyền đến kết cấu trong thời gian động đất xảy ra. Mặt khác, giải pháp thiết kế cần phải thay đổi đặc tính chịu lực của kết cấu: giảm chấn động, tăng độ cứng, hấp thụ bậc và phân tán năng lượng động đất cho toàn bộ công trình như giải pháp giảm chấn, chỉ giảm và bán chỉ giảm. Tầng cắt bê tông cát thép được sử dụng rộng rãi trong các kết cấu nhà nhiều tầng do khả năng chịu lực và độ cứng ngang lớn. Các dầm này có tính chất dầm trên chiều cao tiết diện dầm nhất định áp dụng để liên kết các tầng bên dưới tạo thành một hệ thống tầng kép hoạt động hiệu quả.
1.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là kết cấu tầng kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác động của động đất. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu phân tích kết cấu tầng kép gồm các tầng bê tông cát thép và các dầm thép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác động của động đất. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết theo mô hình số. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Mô hình và chương trình tính toán được xuất trong luận án dùng để phân tích kết cấu tầng kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác động của động đất. Ý nghĩa thực tiễn Những kết quả phân tích kết cấu tầng kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác động của động đất có thể tham khảo trong thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng chịu động đất.
II. Tổng quan và tầng kép nhà nhiều tầng có thiết bị giảm chấn
Trong nhà nhiều tầng, các kết cấu chịu lực theo phương thẳng đứng có dạng tâm và chiều ráng không nhỏ hơn một nửa chiều cao thông thường của tầng (b ≥ 0,5H) và không nhỏ hơn năm lần độ dày của tâm (b ≥ 5t) được gọi là kết cấu tầng hoặc kết cấu vách. Trong thực tế, kết cấu tầng có thể là các tâm phẳng, tâm phẳng có phần mũ ráng ở đầu, tâm phẳng kết hợp với các tâm tầng theo phương vuông góc tạo thành kết cấu tầng tiết diện chữ I, chữ H, chữ T, chữ C hoặc chữ L. Kết cấu tầng trong nhà nhiều tầng có ý nghĩa đặc biệt, đóng vai trò quan trọng trong khả năng chịu lực của kết cấu chịu lực, nên các tâm tầng chịu lực đã được thiết kế để chịu tải trọng ngang và tải trọng đứng. Do đó, trong các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn, tầng chịu lực còn được hiểu theo nghĩa vách cứng hoặc tầng chịu cắt. Tầng chịu cắt thường được bố trí ở những vị trí thuận lợi trong tòa nhà, kết cấu tầng có thể tạo thành hệ thống chịu lực ngang hiệu quả bằng cách giảm chuyển vị khi chịu tải trọng động đất.
2.1. Tầng kép bê tông cát thép
Khái niệm về tầng kép bê tông cát thép được định nghĩa là kết cấu có khả năng chịu lực tốt hơn so với kết cấu thông thường. Tầng kép có thể được thiết kế với nhiều loại vật liệu khác nhau, trong đó bê tông cát thép là vật liệu phổ biến nhất. Việc sử dụng bê tông cát thép trong thiết kế kết cấu tầng kép không chỉ giúp tăng cường khả năng chịu lực mà còn giảm thiểu thiệt hại trong trường hợp xảy ra động đất. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, việc áp dụng các thiết bị giảm chấn trong kết cấu tầng kép có thể làm giảm đáng kể tác động của động đất lên công trình. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp thiết kế kết cấu tầng kép có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng.
III. Mô hình tính toán tầng kép có thiết bị tiêu tán năng lượng
Mô hình tính toán tầng kép có thiết bị tiêu tán năng lượng được xây dựng dựa trên các nguyên lý cơ bản của cơ học vật rắn và lý thuyết động đất. Mô hình này cho phép phân tích các đặc tính chịu lực của kết cấu dưới tác động của động đất. Việc sử dụng mô hình số trong tính toán giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao độ chính xác trong việc dự đoán hành vi của kết cấu. Các phương pháp tính toán hiện đại như phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng để mô phỏng hành vi của kết cấu trong các tình huống khác nhau. Điều này không chỉ giúp đánh giá khả năng chịu lực của kết cấu mà còn cho phép nghiên cứu các giải pháp thiết kế hiệu quả hơn. Mô hình tính toán cũng cần được kiểm tra và xác nhận thông qua các thí nghiệm thực tế để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả.
3.1. Mô hình tầng kép sử dụng mô hình số
Mô hình tầng kép sử dụng mô hình số cho phép phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của kết cấu. Các yếu tố này bao gồm vật liệu, hình dạng kết cấu, và vị trí của thiết bị tiêu tán năng lượng. Việc xác định các thông số này là rất quan trọng để đảm bảo rằng kết cấu có thể chịu được các tác động của động đất mà không bị hư hại nghiêm trọng. Mô hình số cũng cho phép thực hiện các phân tích nhạy cảm để đánh giá ảnh hưởng của các biến số khác nhau đến hiệu suất của kết cấu. Điều này giúp các kỹ sư có thể đưa ra các quyết định thiết kế hợp lý và hiệu quả hơn.
IV. Phân tích kết cấu tầng kép có thiết bị tiêu tán năng lượng chịu động đất
Phân tích kết cấu tầng kép có thiết bị tiêu tán năng lượng chịu động đất là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Việc phân tích này giúp đánh giá khả năng chịu lực của kết cấu dưới tác động của động đất và xác định các điểm yếu có thể xảy ra. Các phương pháp phân tích động lực học được sử dụng để mô phỏng hành vi của kết cấu trong các tình huống động đất khác nhau. Kết quả phân tích cho thấy rằng việc sử dụng thiết bị tiêu tán năng lượng có thể làm giảm đáng kể các tác động của động đất lên kết cấu. Điều này không chỉ giúp bảo vệ kết cấu mà còn bảo vệ tính mạng con người trong trường hợp xảy ra động đất. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc tối ưu hóa vị trí và số lượng thiết bị tiêu tán năng lượng là rất quan trọng để đạt được hiệu quả tối đa trong việc giảm thiểu thiệt hại.
4.1. Khảo sát tính hiệu quả của giải pháp giảm chấn
Khảo sát tính hiệu quả của giải pháp giảm chấn bằng thiết bị tiêu tán năng lượng cho thấy rằng các thiết bị này có thể làm giảm đáng kể chuyển vị và ứng suất trong kết cấu. Các thí nghiệm thực tế và mô phỏng số đã được thực hiện để xác nhận tính hiệu quả của giải pháp này. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng thiết bị tiêu tán năng lượng không chỉ giúp giảm thiệt hại cho kết cấu mà còn tăng cường độ an toàn cho người sử dụng. Điều này cho thấy rằng việc áp dụng các giải pháp giảm chấn là cần thiết trong thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng, đặc biệt là trong các khu vực có nguy cơ động đất cao.
