I. Tổng Quan
Động đất là hiện tượng thiên nhiên gây thiệt hại lớn cho người và tài sản. Sự dịch chuyển của nền đất ở đáy móng trong quá trình động đất tạo ra sự tương tác giữa kết cấu và đất nền, được gọi là SSI (soil-structure interaction). Việc mô phỏng và tính toán kết cấu nền làm việc đồng thời thông qua mô hình dầm trên nền phi tuyến Winkler (BNWF – Beam-on-Nonlinear-Winkler-Foundation) là rất quan trọng. Phân tích tĩnh phi tuyến được áp dụng để đánh giá phản ứng của kết cấu dưới tác động của động đất, so sánh với phương pháp phân tích chính xác theo miền thời gian (NL_RHA). Phần mềm mã nguồn mở Opensees Navigator được sử dụng để thực hiện các phân tích này, cho phép giải quyết hiệu quả bài toán SSI.
1.1 Tình Hình Nghiên Cứu Trên Thế Giới
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để phát triển các phương pháp phân tích động đất. Phương pháp MPA (Modal Pushover Analysis) được đề xuất bởi Chopra và Goel, cho phép đánh giá tác động của động đất lên kết cấu không đàn hồi. Kết quả cho thấy phương pháp này có độ chính xác tương đương với phân tích động, đặc biệt trong việc ước tính chuyển vị và độ trôi tầng. Các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào sự phá hoại của công trình mà chưa xem xét ứng xử của đất nền, điều này dẫn đến việc cần thiết phải nghiên cứu sâu hơn về SSI.
II. Cơ Sở Lý Thuyết
Các phương pháp phân tích kết cấu chịu động đất bao gồm nhiều kỹ thuật khác nhau như phân tích tĩnh lực ngang tương đương, phân tích theo phổ phản ứng, và phân tích đẩy dần. Phân tích tĩnh phi tuyến cho kết cấu đối xứng và phương pháp phân tích phi tuyến theo miền thời gian (NL_RHA) là những phương pháp quan trọng trong việc đánh giá độ an toàn của công trình. Mô hình nền phi tuyến và mô hình nền Winkler được sử dụng để mô phỏng tương tác giữa đất nền và kết cấu, giúp cải thiện độ chính xác trong việc dự đoán phản ứng của công trình dưới tác động của động đất.
2.1 Các Phương Pháp Phân Tích Kết Cấu
Phân tích tĩnh phi tuyến là một trong những phương pháp phổ biến trong thiết kế và đánh giá động đất. Phương pháp này cho phép dự đoán phản ứng của công trình khi chịu tác động của động đất, đồng thời xem xét sự tương tác giữa đất nền và kết cấu. Việc áp dụng các mô hình nền khác nhau như mô hình nền đàn hồi tuyến tính và phi tuyến giúp cải thiện độ chính xác trong phân tích. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc xem xét SSI có thể kéo dài chu kỳ dao động tự nhiên của hệ và ảnh hưởng đến nội lực cũng như chuyển vị của kết cấu.
III. Đánh Giá và Phân Tích Kết Quả
Kết quả phân tích cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến và phương pháp phân tích chính xác theo miền thời gian. Việc so sánh các kết quả về chu kỳ dao động, chuyển vị, độ trôi tầng và nội lực của kết cấu cho thấy rằng phương pháp SPA và MPA có thể cung cấp những thông tin giá trị trong việc thiết kế kết cấu chịu động đất. Đặc biệt, việc đánh giá sai lệch và độ chính xác giữa các phương pháp này là rất cần thiết để cải thiện quy trình thiết kế và đảm bảo an toàn cho công trình.
3.1 Kết Quả Tính Toán
Kết quả tính toán cho thấy rằng các phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến có thể dự đoán chính xác phản ứng của kết cấu dưới tác động của động đất. Sự khác biệt giữa các phương pháp được thể hiện rõ qua các chỉ số như chu kỳ dao động và chuyển vị. Việc sử dụng phần mềm Opensees Navigator cho phép thực hiện các phân tích phức tạp và cung cấp những kết quả đáng tin cậy. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại là cần thiết để nâng cao độ an toàn cho các công trình xây dựng.
