Chương 1: Tổng quan 20 làm giảm các tác động do các trận động đất gây ra lên công trình. Hệ gối cô lập đƣợc chia thành 2 loại chính đó là gối đàn hồi (Elastomeric Bearing – EB) và gối trƣợt (Sliding Bearing – SB). Gối đàn hồi (EB) - Gối cao su tự nhiên hay nhân tạo cản thấp (Low Daming Natural Rubber Bearing – LDNRB) đƣợc thể hiện ở Hình 1.7 - Gối cao su tự nhiên cản cao (High Damping Natural Rubber Bearing – HDNRB) - Gối cao su lõi chì (Lead Rubber Bearing – LRB) đƣợc thể hiện ở Hình 1.8 Gối trƣợt (SB) - Gối trƣợt mặt lõm ma sát (Friction Pendulum System – FPS) đƣợc thể hiện ở Hình 1.9 - Gối trƣợt phẳng (Flat Sliding Bearing – FSB) đƣợc thể hiện ở Hình 1. Gối cao su tự nhiên hay nhân tạo cản thấp (LDNRB) Hình 1.
Gối cao su lõi chì (LRB) Chương 1: Tổng quan 21 Hình 1. Gối mặt lõm ma sát (FPS) Hình 1. Gối trƣợt phẳng (FSB) 1.3 Tình hình nghiên cứu 1.1 Các công trình nghiên cứu trong nƣớc Tuy nƣớc ta hầu nhƣ không chịu nhiều ảnh hƣởng của động đất, cũng nhƣ chƣa có thiệt hại gì đáng kể do các trận động đất gây ra và ảnh hƣởng của động đất đối với công trình chỉ mới đƣợc đặc biệt quan tâm trong những năm gần đây khi các dƣ chấn của động đất xuất hiện ở nƣớc ta ngày càng nhiều. Nhƣng nƣớc ta cũng đã có một số lƣợng đáng kể các nghiên cứu về các giải pháp giúp bảo vệ công trình trƣớc các cơn địa chấn do động đất gây ra, tuy nhiên các nghiên cứu chủ yếu là về tăng cƣờng khả năng kháng chấn cho công trình bằng cách gắn thêm các loại hệ cản nhƣ cản nhớt (Viscous Damping – VD) vào hệ khung chịu lực của công trình; cản điều chỉnh khối lƣợng (Tuned Mass Damper – TMD); cản điều khiển cột chất lỏng (Tuned Liquid Column Damper – TLCD);… Còn các nghiên cứu về hệ cô lập móng Chương 1: Tổng quan 22 (BIS) thì rất ít, điển hình nhƣ chỉ có luận văn của Nguyễn Văn Giang – Giảm chấn cho nhà cao tầng bằng hệ cô lập móng (Base Isolation System – BIS), Đại Học Bách Khoa TP HCM, 2002; Phạm Nhân Hòa – Điều khiển kết cấu chịu tải trọng động đất với hệ cản ma sát biến thiên, Đại Học Bách Khoa TP HCM, 2007; Nguyễn Văn Nam – Nghiên cứu giảm chấn cho công trình chịu động đất bằng thiết bị cô lập dao động có mặt lõm ma sát, Đại Học Bách Khoa TP HCM, 2008; Trần Tuấn Long – Dao Động tự do của kết cấu khung nhà nhiều tầng có thiết bị cách chấn HDRB (High damping rubber bearings), Trƣờng Đại Học Xây dựng, 2007… 1.2 Các công trình nghiên cứu trên thế giới Trong số rất nhiều các loại thiết bị cô lập móng đã đƣợc nghiên cứu và thử nghiệm nhƣ đã nêu ở trên, thì chỉ có một số loại đƣợc nghiên cứu sâu và áp dụng cho các công trình trong thực tế nhƣ hệ gối cao su lõi chì (LRB), hệ gối mặt lõm ma sát (FPS).
Số thiết bị cô lập còn lại thì vẫn đang đƣợc tiếp tục nghiên cứu phát triển hoặc cải tiến khi chúng làm việc kết hợp với các giải pháp cô lập, các giải pháp kháng chấn khác. Hệ gối trƣợt phẳng (FSB) đã đƣợc biết đến từ rất lâu nhƣng hầu nhƣ là không đƣợc sử dụng nếu chỉ có duy nhất hệ FSB làm việc độc lập. Nguyên nhân là do hệ FSB có rất nhiều nhƣợc điểm cụ thể là không có khả năng phục hồi lại vị trí cân bằng ban đầu sau khi động đất kết thúc, chuyển vị ngang của công trình đặt trên hệ rất lớn và rất khó kiểm soát. Vì những hạn chế đó nên hệ FSB không có hiệu quả khi làm việc độc lập và ít đƣợc ứng dụng trong các công trình thực tế hơn so với hệ cô lập mặt lõm ma sát (FPS).
Hệ FSB chỉ đƣợc sử dụng trong thực tế khi làm việc kết hợp với các giải pháp cô lập khác nhằm làm tăng khả năng tiêu tán năng lƣợng cho hệ cô lập, điển hình là FSB làm việc kết hợp với HDNRB (Hình 1. Chương 1: Tổng quan 23 Hình 1. Gối trƣợt phẳng (FSB) làm việc kết hợp với gối cao su tự nhiên cản cao (HDNRB) trong công trình thực tế Dựa trên những nhƣợc điểm bị hạn chế của hệ FSB đã có một số hệ cô lập mới đƣợc đề xuất, bằng cách gắn thêm các thiết bị hỗ trợ để cung cấp một độ cứng ngang cần thiết làm giảm chuyển vị ngang cũng nhƣ giúp công trình phục hồi lại vị trí cân bằng ban đầu. Trong đó có hệ cô lập móng trƣợt phục hồi thông minh (SRSBIS) đƣợc đề xuất bởi Jalali et al.
(2011) [2], với cấu tạo của hệ gồm FSB và dây hợp kim có khả năng ghi nhớ hình dạng SMA. Đây là một loại hệ cô lập có tiềm năng nhƣng còn khá mới mẻ nên chƣa có nhiều nghiên cứu ngoài nghiên cứu của tác giả đề xuất. Ngoài SRSBIS ra cũng có một số ý tƣởng rất hay đã dựa vào những đặc tính độc đáo của vật liệu SMA để đề xuất một số loại hệ cô lập móng mới, điển hình nhƣ Choi et al. (2006) [3] đã đề xuất một khái niệm mới về một thiết bị cô lập trong đó các dây SMA đƣợc kết hợp để kiểm soát sự bất ổn định và biến dạng không hồi phục lại đƣợc trong gối cao su lõi chì (LRB) đƣợc thể hiện nhƣ ở Hình 1.
Hệ cô lập móng đƣợc đề xuất bởi Choi et al. (2006) [3] Chương 1: Tổng quan 24 Shook et al. (2008) [4] đã đề xuất một hệ thống cô lập móng hỗn hợp kết hợp giữa gối đàn hồi (EB) tuyến tính, gối mặt lõm ma sát (Friction Pendulum Bearing – FPB), dây hợp kim nhớ hình dạng (SMA) và cản lƣu biến từ (Magnetorheological Damper – MRD) đƣợc thể hiện nhƣ ở Hình 1. Hệ cô lập móng đƣợc đề xuất bởi Shook et al.
(2008) [4] Dezfuli và Alam (2013) [5] đã đề xuất hai cấu hình khác nhau cho gối đàn hồi hình thông minh sử dụng các dây SMA. Trong hệ đề xuất của họ, các dây SMA liên kết với gối đàn hồi gồm các lớp cao su tự nhiên theo hai dạng đó là dạng thẳng đứng và dạng chéo nhƣ thể hiện ở Hình 1. Họ dùng các dây SMA nhƣ một yếu tố bổ sung để cải thiện hiệu suất của gối cao su tự nhiên về công suất tiêu tán năng lƣợng và biến dạng dƣ tại biên biến dạng cắt lớn. Hệ cô lập móng đƣợc đề xuất bởi Dezfuli và Alam (2013) [5] Chương 1: Tổng quan 25 Casciati et al.
(2007) [6] đã giới thiệu một thiết bị cô lập móng mới và sáng tạo, trong đó hệ bao gồm hai đĩa, một trục trƣợt thẳng đứng, với đĩa ở trên lớn hơn và đƣợc đỡ bởi ba thanh nghiêng làm bằng vật liệu SMA. Một nguyên mẫu của thiết bị đƣợc xây dựng và thử nghiệm trên các bản rung thực nghiệm đƣợc thể hiện trong Hình 1. Các thanh đó có 4 chức năng: (i) để cung cấp độ cứng chống lại các kích thích có cƣờng độ thấp; (ii) để phân biệt các chuyển vị rất lớn; (iii) thiết bị để hồi phục; và (iv) làm tiêu tán năng lƣợng. Hệ cô lập móng đƣợc đề xuất bởi Casciati et al.
(2007) [6] Xue và Li (2007) [7] đã đề xuất một hệ gối cô lập đƣợc gọi là gối cao su – SMA, trong đó các chi tiết của gối cô lập đƣợc thể hiển trong Hình 1. Trong nghiên cứu của mình các tác giả đề xuất sáng tạo ra hệ đã trình bày các mô hình cơ học của các thiết thiết bị đó và các kết quả thu đƣợc từ thực nghiệm. Hệ cô lập móng đƣợc đề xuất bởi Xue và Li (2007) [7] Chương 1: Tổng quan 26 Attanasi và Auricchio (2011) [8] đã đề xuất một thiết bị cô lập đƣợc gọi là gối siêu đàn hồi có hình dạng cấu tạo đƣợc thể hiện nhƣ ở Hình 1. Hệ này là sự kết hợp của gối trƣợt phẳng ma sát (FSB) và lò xo đàn hồi làm bằng vật liệu SMA, các lò xo đƣợc bố trí đối xứng nhau trong đó một đầu gắn cố định vào nền móng còn đầu còn lại gắn vào gối trƣợt.
Hệ cô lập móng đƣợc đề xuất bởi Attanasi và Auricchio (2011) [8] Trong các hệ cô lập đƣợc đề xuất nhƣ đã nêu ở trên thì tác giả đặc biệt quan tâm đến hệ cô lập móng trƣợt phục hồi thông minh (SRSBIS) đƣợc đề xuất bởi Jalali et al. (2011) [2], với cấu tạo của hệ gồm FSB và dây hợp kim có khả năng ghi nhớ hình dạng SMA. Bởi đây là một loại hệ cô lập có tiềm năng nhƣng còn khá mới mẻ và chƣa có nhiều nghiên cứu ngoài nghiên cứu của tác giả đề xuất, tuy nhiên trong nghiên cứu đó chỉ giới hạn ở hai công trình đó 1 tầng và 4 tầng, mặt khác các trận động đất sử dụng trong khảo sát ứng xử của công trình đều đã đƣợc đƣa về cùng một đỉnh gia tốc nền (Peak Ground Acceleration – PGA). Do đó chƣa cho thấy rõ đƣợc sự thay đổi ứng xử của công trình sẽ nhƣ thế nào khi số tầng của công trình tăng dần lên (kết cấu thƣợng tầng thay đổi) ứng với các trận động đất khác nhau có đỉnh gia tốc nền (PGA) khác nhau.
Xuất phát từ những vấn đề chƣa đƣợc làm rõ đó ý tƣởng của Luận văn này đƣợc hình thành, cụ thể Luận văn này sẽ thực hiện khảo sát ứng xử của các công trình từ một đến mƣời tầng đƣợc trang bị hệ cô lập SRSBIS với các thông số thiết kế của hệ cô lập khác nhau và chịu các trận động đất khác nhau; tiến hành so sánh phản ứng của một công trình đƣợc xác định trƣớc (3 tầng) Chương 1: Tổng quan 27 khi công trình đó lần lƣợt đƣợc trang bị hai hệ cô lập SRSBIS, FPS và chịu các trận động đất khác nhau.4 Mục tiêu và hƣớng nghiên cứu Mục tiêu của Luận văn này là bổ sung những phần còn thiếu trong nghiên cứu trƣớc đó về hệ SRSBIS để từ đó có đƣợc một cái nhìn tổng quan hơn về hệ SRSBIS. Để làm đƣợc điều đó Luận văn sẽ tiến hành nghiên cứu ứng xử của các công trình khác nhau đƣợc trang bị SRSBIS, khi chịu các trận động đất khác nhau có các đỉnh gia tốc nền (PGA) khác khác, trong đó các thông số thiết kế của hệ cô lập SRSBIS sẽ đƣợc thay đổi theo từng trƣờng hợp cụ thể.