Tài liệu THIẾT KẾ MỘT SỐ DẠNG GỐI CÁCH CHẤN TRONG CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG LÊ XUÂN TÙNG THIẾT KẾ MỘT SỐ DẠNG GỐI CÁCH CHẤN TRONG CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 62.58.20.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS.TSKH. NGUYỄN ĐĂNG BÍCH 2. TS. NGUYỄN ANH TUẤN HÀ NỘI – 2012 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Lê Xuân Tùng ii MỤC LỤC Lời cam đoan………………………………………………………………… Mục lục………………………………………………………………………. Danh mục các hình vẽ trong luận án…………………………………………. Danh mục các bảng trong luận án……………………………………………. Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt và thuật ngữ………………………………… Chương 1: Tổng quan …………………………………………………………….. 1.1. Tình hình nghiên cứu giải pháp giảm chấn……………………………… 1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu giải pháp cách chấn đáy…………… 1.2.1. Tình hình nghiên cứu về giải pháp cách chấn đáy ngoài nước … 1.2.2. Tình hình nghiên cứu về giải pháp cách chấn đáy trong nước…. 1.2.3. Một số nhận xét…………………………………………………. 1.3. Giới thiệu luận án………………………………………………………... 1.3.1. Mục đích của luận án.................................................................... 1.3.2. Đối tượng nghiên cứu…………………………………………… 1.3.3. Nội dung nghiên cứu……………………………………………. 1.3.4. Phương pháp nghiên cứu………………………………………... 1.3.5. Phạm vi nghiên cứu……………………………………………... 1.3.6. Những đóng góp mới của luận án………………………………. 1.3.7. Cấu trúc luận án............................................................................. Chương 2: Thiết kế gối cách chấn đàn hồi trong công trình chịu động đất……………………………………………………………………………. 2.1. Tổng quan về gối cách chấn đàn hồi…………………………………….. 2.1.1. Giới thiệu về gối cách chấn đàn hồi…………………………….. 2.1.2. Nguyên lý làm việc của gối đàn hồi.............................................. 2.1.3. Mô hình ứng xử của gối đàn hồi chịu kích động động đất……… 2.1.4. Nội dung nghiên cứu về gối đàn hồi……………………………. 2.2. Thiết lập phương trình vi phân chuyển động và khảo sát ứng xử của gối đàn hồi chịu kích động động đất theo phương ngang................................ 2.2.1. Tham số vật liệu của gối cách chấn đàn hồi trong khảo sát ứng xử dao động ngang……………………………………………… 2.2.2. Phương trình vi phân chuyển động của hệ khi gối đàn hồi chịu kích động giả thiết là lực điều hòa theo phương ngang ………... Trang i ii vi xiii xiv 1 1 5 5 11 19 20 20 20 20 21 28 29 30 31 31 31 32 32 33 33 34 35 iii 2.2.3. Phương trình vi phân chuyển động của hệ khi gối đàn hồi chịu kích động động đất tính theo giản đồ gia tốc nền theo phương ngang……………………………………………………………. 2.2.4. Xác định độ cứng hữu hiệu, độ cản hữu hiệu, tỷ số cản hữu hiệu và chu kỳ hữu hiệu........................................................................ 2.2.5. Cơ sở chọn các tham số để khảo sát ……………………………. 2.2.6. Các bước giải số trực tiếp……………………………………….. 2.2.7. Khảo sát ứng xử của gối đàn hồi theo phương ngang với các bộ số khác nhau……………………………………………………. 2.2.8. Nhận định kết quả......................................................................... 2.3. Thiết lập phương trình vi phân chuyển động và khảo sát ứng xử của gối đàn hồi chịu kích động động đất theo phương đứng……………………. 2.3.1. Tham số vật liệu của gối đàn hồi trong khảo sát ứng xử dao động theo phương thẳng đứng………………………………….. 2.3.2. Phương trình vi phân chuyển động của gối đàn hồi chịu kích động động đất giả thiết là lực điều hòa theo phương đứng........... 2.3.3. Phương trình vi phân chuyển động của gối đàn hồi chịu kích động động đất tính theo giản đồ gia tốc có phương thẳng đứng... 2.3.4. Các bước giải số trực tiếp bằng chương trình Mathematica.7….. 2.3.5. Khảo sát ứng xử của gối đàn hồi chịu kích động động đất theo phương đứng với các bộ số khác nhau………………………….. 2.3.6. Nhận định kết quả……………………………………………….……. 2.4. Quy trình thiết kế gối cách chấn đàn hồi………………………………… 2.5. Kết luận………………………………………………………………….. Chương 3: Thiết kế gối cách chấn dạng trượt đơn – FPS trong công trình chịu động đất………………………………………………………….. 3.1. Tổng quan về gối cách chấn dạng trượt đơn – FPS……………………… 3.1.1. Giới thiệu gối cách chấn dạng trượt đơn – FPS………………… 3.1.2. Đặc điểm cấu tạo………………………………………………... 3.1.3. Nguyên lý làm việc của gối FPS………………………………... 3.2. Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của gối FPS………………. 3.2.1. Mô hình Bouc-Wen……………………………………………... 3.2.2. Mô hình tính toán của gối FPS chịu kích động động đất được giả thiết là lực điều hòa…………………………………………. 3.2.3. Mô hình tính toán của gối FPS chịu kích động động đất tính theo giản đồ gia tốc nền………………………………………… 37 37 38 39 40 48 48 49 50 51 51 52 59 60 60 62 62 62 62 63 63 64 65 66 iv 3.2.4. Ý nghĩa và cách xác định các tham số………………………….. 3.3. Quy trình khảo sát phản ứng của gối FPS chịu kích động động đất……. 3.4. Giải phương trình vi phân chuyển động với các bộ số khác nhau………. 3.4.1. Khảo sát với trường hợp kích động động đất giả thiết là lực điều hòa………………………………………………………………. 3.4.2. Khảo sát với trường hợp kích động động đất được tính theo giản đồ gia tốc nền…………………………………………………… 3.5. Nhận định kết quả……………………………………………………….. 3.5.1. Với trường hợp kích động động đất được giả thiết là lực điều hòa………………………………………………………………. 3.5.2. Với trường hợp kích động động đất được tính theo giản đồ gia tốc nền…………………………………………………………... 3.6. Quy trình thiết kế gối FPS………………………………………………. 3.7. Kết luận………………………………………………………………….. Chương 4: Thiết kế gối cách chấn dạng trượt đôi – DCFP trong công trình chịu động đất………………………………………………………….. 4.1. Tổng quan về gối cách chấn dạng trượt đôi – DCFP……………………. 4.1.1. Giới thiệu về gối cách chấn dạng trượt đôi – DCFP……………. 4.1.2. Nguyên lý làm việc của gối DCFP……………………………… 4.2. Thiết lập phương trình vi phân chuyển động……………………………. 4.2.1. Mô hình tính toán của gối DCFP……………………………….. 4.2.2. Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của gối DCFP…… 4.3. Ý nghĩa và cách xác định các tham số…………………………………… 4.3.1. Các hệ số ma sát và hệ số liên quan đến đường cong trễ……….. 4.3.2. Khối lượng của phần kết cấu bên trên truyền lên gối, khối lượng của bán cầu trên và của khớp trượt……………………………... 4.3.3. Bán kính của bán cầu trên và bán cầu dưới……………………... 4.3.4. Diện tích tiếp xúc giữa khớp trượt với bề mặt của bán cầu trên và bán cầu dưới…………………………………………………. 4.3.5. Xác định đặc trưng cho dịch chuyển dẻo……………………….. 4.3.6. Độ cứng do khớp trượt va đập với vành hãm của bán cầu……… 4.4. Quy trình khảo sát phản ứng của gối FPS chịu kích động động đất……. 4.4.1. Lựa chọn công cụ giải số……………………………………….. 4.4.2. Lựa chọn sơ bộ các tham số liên quan đến cấu tạo của gối DCFP……………………………………………………………. 4.4.3. Xác định các tham số chọn trước làm tham số đầu để giải hệ 67 70 73 73 85 87 87 88 88 89 90 90 90 91 93 93 95 96 96 96 96 97 97 97 97 97 97 v phương trình vi phân chuyển động……………………………… 4.4.4. Giải hệ phương trình vi phân chuyển động……………………... 4.4.5. Khảo sát biên độ dao động……………………………………… 4.4.6. Khảo sát tính chất nghiệm………………………………………. 4.4.7. Khảo sát ứng xử trễ....................................................................... 4.4.8. Kiểm tra điều kiện làm việc của gối DCFP…………….............. 4.4.9. Khảo sát với nhiều bộ tham số………………………………….. 4.5. Khảo sát ứng xử của gối DCFP với các bộ số khác nhau……………….. 4.5.1. Khảo sát với trường hợp kích động động đất giả thiết là lực điều hòa………………………………………………………………. 4.5.2. Khảo sát với trường hợp kích động động đất được tính theo giản đồ gia tốc nền…………………………………………………… 4.6. Nhận định kết quả………………………………………………………... 4.7. Quy trình thiết kế gối DCFP…………………………………………….. 4.8. Kết luận………………………………………………………………….. Chương 5: Tải trọng động đất tác dụng lên công trình có gối cách chấn và hiệu quả của các dạng gối cách chấn…………………………………… 5.1. Ví dụ áp dụng……………………………………………………………. 5.1.1. Phân tích kết cấu công trình không cách chấn đáy……………... 5.1.2. Phân tích nội lực của kết cấu bên trên chịu tĩnh tải và hoạt tải…. 5.1.3. Thiết kế cách chấn đáy cho công trình sử dụng gối đàn hồi……. 5.1.4. Thiết kế cách chấn đáy cho công trình sử dụng gối FPS……….. 5.1.5. Thiết kế cách chấn đáy cho công trình sử dụng gối DCFP……... 5.2. So sánh tính chất và hiệu quả của các loại gối cách chấn……………….. Kết luận……………………………………………………………………… 1. Các kết quả chính đạt được …………………………………………….. 2. Độ tin cậy của kết quả đạt được................................................................ 3. Hướng phát triển của luận án…………………………………………… Danh mục công trình nghiên cứu của tác giả liên quan đến luận án……. Tài liệu tham khảo……………………………………………….…………. 98 98 99 100 100 100 103 104 104 116 120 121 122 123 123 124 126 127 131 133 135 137 137 138 138 139 140 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN ÁN Trang Hình 1.1 Tác động của tải trọng động đất lên công trình 1 Hình 1.2 Kết cấu bên trên được cách chấn đáy 3 Hình 1.3 HDRB chịu tải trọng cắt 5 Hình 1.4 Gối cao su có lõi chì - LBR 6 Hình 1.5 Diện tích tải tự do Af 13 Hình 1.6 Diện tích mặt cắt ngang bị biến đổi của HDRB hình trụ tròn 15 Hình 1.7 HDRB khi bị trượt nghiêng 17 Hình 2.1 Các dạng gối đàn hồi 31 Hình 2.2 Cách chấn đáy trong bảo vệ công trình chịu động đất 32 Hình 2.3 Mô hình phi tuyến Kelvin-Voigt với kích động động đất theo phương ngang 34 Hình 2.4 Đồ thị hàm [u (t ) , {t ,0,15}] - bộ số thứ nhất 40 Hình 2.5 Đồ thị hàm [{u[t ] , 5u[t ]} , {t ,0,15}] - bộ số thứ nhất 40 Hình 2.6 Đồ thị hàm [10 −6 F0 sin ωt , u[t ]} , {t ,0,15}] - bộ số thứ nhất 41 Hình 2.7 Đồ thị hàm [u (t ) , {t ,0,15}] - bộ số thứ hai 41 Hình 2.8 Đồ thị hàm [{u[t ] , 5u[t ]} , {t ,0,15}] - bộ số thứ hai 41 Hình 2.9 Đồ thị hàm ⎡10−5 F0 sin ωt , u[t ]} , {t ,0,15}] - bộ số thứ hai ⎣ 42 Hình 2.10 Đồ thị hàm [u (t ) , {t ,0,15}] - bộ số thứ ba 42 Hình 2.11 Đồ thị hàm [{u[t ] , 5u[t ]} , {t ,0,15}] - bộ số thứ ba 43 Hình 2.12 Đồ thị hàm ⎡5.10−5 F0 sin ωt , u[t ]} , {t ,0,15}] - bộ số thứ ba ⎣ 43 Hình 2.13 Đồ thị hàm [u (t ) , {t ,0,15}] - bộ số thứ tư 43 vii Hình 2.14 Đồ thị hàm [{u[t ] , 5u[t ]} , {t ,0,15}] - bộ số thứ tư 44 Hình 2.15 Đồ thị hàm ⎡5.10−5 F0 sin ωt , u[t ]} , {t ,0,15}] - bộ số thứ tư ⎣ 44 Giản đồ gia tốc theo phương ngang tại trận động đất ELCentro 1940 45 Hình 2.17 Đồ thị hàm [u (t ) , {t , 0, 6}] - bộ số thứ năm 47 Hình 2.18 Đồ thị hàm [{u[t ] , 5u[t ]} , {t , 0, 6}] - bộ số thứ năm 47 Hình 2.19 Đồ thị hàm [u (t ) , {t , 0, 6}] - bộ số thứ sáu 47 Hình 2.20 Đồ thị hàm [{u[t ] , 5u[t ]} , {t , 0, 6}] - bộ số thứ sáu 48 Hình 2.21 Mô hình phi tuyến Kelvin-Voigt với kích động động đất theo phương đứng 49 Hình 2.22 Đồ thị hàm [ x[t ] , {t ,0,15}] - bộ số thứ nhất 53 Hình 2.23 Đồ thị hàm [{x[t ] , 5 x[t ]} , {t ,0,15}] - bộ số thứ nhất 53 Hình 2.24 Đồ thị hàm ⎡{3.10−6 P0 sin ωt , x[t ]} , {t ,0,15}] - bộ số thứ nhất ⎣ 53 Hình 2.25 Đồ thị hàm [ x[t ] , {t ,0,15}] - bộ số thứ hai 54 Hình 2.26 Đồ thị hàm [{x[t ] , 5 x[t ]} , {t ,0,15}] - bộ số thứ hai 54 Hình 2.27 Đồ thị hàm ⎡10−6 P0 sin ωt , x[t ]} , {t ,0,15}]- bộ số thứ hai ⎣ 54 Hình 2.28 Đồ thị hàm [ x[t ] , {t ,0,15}] - bộ số thứ ba 55 Hình 2.29 Đồ thị hàm [{x[t ] , 5 x[t ]} , {t ,0,15}] - bộ số thứ ba 55 Hình 2.30 Đồ thị hàm ⎡{2.10−6 P0 sin ωt , x[t ]} , {t ,0,15}]- bộ số thứ ba ⎣ 55 Giản đồ gia tốc theo phương đứng tại trận động đất ELCentro 1940 56 Hình 2.32 Đồ thị hàm [ x[t ] , {t ,0, 8}] - bộ số thứ tư 58 Hình 2.33 Đồ thị hàm [{x[t ] , 5 x[t ]} , {t ,0, 8}] - bộ số thứ tư 58 Hình 2.16 Hình 2.31 viii Hình 2.34 Đồ thị hàm [ x[t ] , {t ,0, 8}] - bộ số thứ năm 58 Hình 2.35 Đồ thị hàm [{x[t ] , 5 x[t ]} , {t ,0, 8}] - bộ số thứ năm 59 Hình 2.36 Sơ đồ mô tả quy trình thiết kế gối đàn hồi 60 Hình 3.1 Mặt cắt của gối FPS 62 Hình 3.2 Hình ảnh của gối FPS 63 Hình 3.3 Kết cấu công được cách chấn bởi gối FPS 63 Hình 3.4 Đồ thị hàm z theo u 64 Hình 3.5 Đồ thị hàm sign(uz ) 65 Hình 3.6 Sơ đồ cân bằng lực của gối FPS 65 Hình 3.7 Mô hình phi tuyến của gối FPS chịu kích động động đất là lực điều hòa 66 Mô hình phi tuyến của gối FPS chịu kích động động đất được tính theo giản đồ gia tốc nền 67 Hình 3.9 Quan hệ giữa μmax và áp lực p 68 Hình 3.10 Vòng trễ trong ứng xử của gối FPS 69 Hình 3.11 Phân bố lôgarit chuẩn các số liệu thí nghiệm đối với dịch chuyển dẻo 69 Hình 3.12 Thông số kích thước của gối FPS 70 Hình 3.13 Đồ thị hàm μmax 73 Hình 3.14 Đồ thị quan hệ μ và vận tốc của khớp u 74 Hình 3.15 Đồ thị hàm ⎡ μ (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ nhất ⎣ ⎦ 74 Hình 3.16 Thông số kích thước của gối FPS 75 Hình 3.17 Đồ thị hàm ⎡u (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ nhất ⎣ ⎦ 75 Hình 3.18 Đồ thị hàm ⎡u (t ),5u (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ nhất ⎣ ⎦ 76 Hình 3.19 Đồ thị hàm ⎡u (t ),10−3 z (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ nhất ⎣ ⎦ 76 Hình 3.8 ix Hình 3.20 Đồ thị hàm ⎡ F = 10−7 sin ωt , u (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ nhất ⎣ ⎦ 76 Hình 3.21 Đồ thị hàm [μRz (t ),10u (t ), {t ,0,20}] - Bộ số thứ nhất 77 Hình 3.22 Đồ thị hàm ⎡50u (t ), μ (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ nhất ⎣ ⎦ 77 Hình 3.23 Đồ thị hàm ⎡u (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ hai ⎣ ⎦ 78 Hình 3.24 Đồ thị hàm ⎡u (t ),5u (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ hai ⎣ ⎦ 78 Hình 3.25 Đồ thị hàm ⎡u (t ),3.10−2 z (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ hai ⎣ ⎦ 78 Hình 3.26 Đồ thị hàm ⎡ F = 10−5 sin ωt , u (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ hai ⎣ ⎦ 79 Hình 3.27 Đồ thị hàm ⎡ μ Rz (t ), u (t ), {t , 0, 20}⎤ - Bộ số thứ hai ⎣ ⎦ 79 Hình 3.28 Đồ thị hàm ⎡u (t ), μ (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ hai ⎣ ⎦ 79 Hình 3.29 Đồ thị hàm ⎡ μ (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ hai ⎣ ⎦ 80 Hình 3.30 Đồ thị hàm ⎡u (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ ba ⎣ ⎦ 80 Hình 3.31 Đồ thị hàm ⎡u (t ),5u (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ ba ⎣ ⎦ 81 Hình 3.32 Đồ thị hàm ⎡u (t ),3.10−2 z (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ ba ⎣ ⎦ 81 Hình 3.33 Đồ thị hàm ⎡ F = 10−5 sin ωt , u (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ ba ⎣ ⎦ 81 Hình 3.34 Đồ thị hàm [μRz (t ),10u (t ), {t ,0,20}] - Bộ số thứ ba 82 Hình 3.35 Đồ thị hàm ⎡u (t ), μ (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ ba ⎣ ⎦ 82 Hình 3.36 Đồ thị hàm ⎡ μ (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ ba ⎣ ⎦ 82 Hình 3.37 Đồ thị hàm ⎡u (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ tư ⎣ ⎦ 83 Hình 3.38 Đồ thị hàm ⎡u (t ), 2u (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ tư ⎣ ⎦ 83 Hình 3.39 Đồ thị hàm ⎡u (t ),3.10−2 z (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ tư ⎣ ⎦ 84 Hình 3.40 Đồ thị hàm ⎡ F = 10−7 sin ωt , u (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ tư ⎣ ⎦ 84 x Hình 3.41 Đồ thị hàm [μRz (t ),10u (t ), {t ,0,20}] - Bộ số thứ tư 84 Hình 3.42 Đồ thị hàm ⎡u (t ), μ (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ tư ⎣ ⎦ 85 Hình 3.43 Đồ thị hàm ⎡ μ (t ), {t , 0,15}⎤ - Bộ số thứ tư ⎣ ⎦ 85 Hình 3.44 Đồ thị hàm ⎡u (t ), {t , 0,9}⎤ - Bộ số thứ năm ⎣ ⎦ 86 Hình 3.45 Đồ thị hàm ⎡u (t ),5u (t ), {t , 0,9}⎤ - Bộ số thứ năm ⎣ ⎦ 86 Hình 3.46 Đồ thị hàm ⎡u (t ), {t , 0,9}⎤ - Bộ số thứ sáu ⎣ ⎦ 87 Hình 3.47 Đồ thị hàm ⎡u (t ),5u (t ), {t , 0,9}⎤ - Bộ số thứ sáu ⎣ ⎦ 87 Hình 3.48 Sơ đồ mô tả quy trình thiết kế gối FPS 88 Hình 4.1 Mặt cắt gối cách chấn dạng trượt đôi – DCFP 90 Hình 4.2 Hình ảnh hai nửa gối của gối DCFP 91 Hình 4.3 Các giai đoạn chuyển dịch của gối DCFP 92 Hình 4.4 Sơ đồ cân bằng lực 93 Hình 4.5 Mô hình tính toán của gối DCFP 94 Hình 4.6 Đồ thị hàm [u[t ] , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ nhất 105 Hình 4.7 Đồ thị hàm [{u[t ] , 5u[t ]} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ nhất 106 Hình 4.8 Đồ thị hàm [{F = 2.10−7 F0 sin ωt , u[t ]} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ nhất 106 Hình 4.9 Đồ thị hàm [u 2 [t ] , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ nhất 106 Hình 4.10 Đồ thị hàm [{u 2 [t ] , 5u2 [t ]} , {t , 0 , 20}] - Bộ số thứ nhất 107 Hình 4.11 Đồ thị hàm [{VP1tgh , 10VT 1tgh} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ nhất 107 Hình 4.12 Đồ thị hàm [{VP2tgh , 10VT 2tgh} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ nhất 107 Hình 4.13 Đồ thị hàm [u[t ] , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ hai 108 Hình 4.14 Đồ thị hàm [{u[t ] , 5u[t ]} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ hai 108 Hình 4.15 Đồ thị hàm [{F = 2.10−6 F0 sin ωt , u[t ]} , {t , 0 , 20}] - Bộ số thứ xi hai 109 Hình 4.16 Đồ thị hàm [u 2 [t ] , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ hai 109 Hình 4.17 Đồ thị hàm [{u 2 [t ] , 5u2 [t ]} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ hai 109 Hình 4.18 Đồ thị hàm [{VP1tgh , VT 1tgh} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ hai 110 Hình 4.19 Đồ thị hàm [{VP2tgh , VT 2tgh} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ hai 110 Hình 4.20 Đồ thị hàm [u[t ] , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ ba 111 Hình 4.21 Đồ thị hàm [{u[t ] , 5u[t ]} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ ba 111 Hình 4.22 Đồ thị hàm [{F = 2.10−6 F0 sin ωt , u[t ]} , {t , 0 , 20}] - Bộ số thứ ba 111 Hình 4.23 Đồ thị hàm [u 2 [t ] , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ ba 112 Hình 4.24 Đồ thị hàm [{u 2 [t ] , 5u2 [t ]} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ ba 112 Hình 4.25 Đồ thị hàm [{VP1tgh , VT1tgh} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ ba 112 Hình 4.26 Đồ thị hàm [{VP2tgh , VT 2tgh} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ ba 113 Hình 4.27 Đồ thị hàm [u[t ] , {t , 0 , 15}]- Bộ số thứ tư 113 Hình 4.28 Đồ thị hàm [{u[t ] , 5u[t ]} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ tư 114 Hình 4.29 Đồ thị hàm [{F = 2.10−6 F0 sin ωt , u[t ]} , {t , 0 , 20}] - Bộ số thứ tư 114 Hình 4.30 Đồ thị hàm [u 2 [t ] , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ tư 114 Hình 4.31 Đồ thị hàm [{u 2 [t ] , 5u2 [t ]} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ tư 115 Hình 4.32 Đồ thị hàm [{VP1tgh , VT1tgh} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ tư 115 Hình 4.33 Đồ thị hàm [{VP 2tgh , VT 2tgh} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ tư 116 Hình 4.34 Đồ thị hàm [u[t ] , {t , 0 , 15}]- Bộ số thứ năm 116 Hình 4.35 Đồ thị hàm [{u[t ] , 5u[t ]} , {t , 0 , 7}] - Bộ số thứ năm 117 Hình 4.36 Đồ thị hàm [u 2 [t ] , {t , 0 , 7}] - Bộ số thứ năm 117 Hình 4.37 Đồ thị hàm [{VP1tgh , 10VT 1tgh} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ năm 117 xii Hình 4.38 Đồ thị hàm [{VP2tgh , VT 2tgh} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ năm 118 Hình 4.39 Đồ thị hàm [u[t ] , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ sáu 118 Hình 4.40 Đồ thị hàm [{u[t ] , 5u[t ]} , {t , 0 , 7}] - Bộ số thứ sáu 119 Hình 4.41 Đồ thị hàm [u 2 [t ] , {t , 0 , 7}] - Bộ số thứ sáu 119 Hình 4.42 Đồ thị hàm [{VP1tgh , 10VT 1tgh} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ sáu 119 Hình 4.43 Đồ thị hàm [{VP 2tgh , VT 2tgh} , {t , 0 , 15}] - Bộ số thứ sáu 120 Hình 4.44 Sơ đồ mô tả quy trình thiết kế gối DCFP 121 Hình 5.1 Mặt bằng kết cấu tầng điển hình 124 Hình 5.2 Sơ đồ kết cấu bên trên được liên kết ngàm với móng 124 Hình 5.3 Sơ đồ kết cấu bên trên mặt cách chấn đáy 126 Hình 5.4 Lực dọc chân cột do tĩnh tải và hoạt tải gây ra 126 xiii DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN ÁN Trang So sánh tỷ số cản của các LRB với đường kính lõi chì khác nhau 7 Bảng 1.2 Quan hệ giữa độ cứng của cao su và hằng số vật liệu 13 Bảng 2.1 Bảng số về giản đồ gia tốc nền tại trận động đất El Centro Bảng 1.1 1940 theo phương ngang 46 Bảng số về giản đồ gia tốc nền tại trận động đất El Centro 1940 theo phương đứng 57 Kết quả phân tích dao động riêng của kết cấu bên trên trong trường hợp liên kết ngàm với móng 125 Tải trọng động đất tác dụng lên kết cấu bên trên trong trường hợp liên kết ngàm với móng 125 Bảng 5.3 Kích thước và số hiệu gối đàn hồi dùng cho công trình 127 Bảng 5.4 Độ cứng hữu hiệu, độ cản hữu hiệu của các gối và hệ thống gối đàn hồi 128 Tải trọng động đất tác dụng lên các tầng trong trường hợp công trình được cách chấn đáy bởi gối đàn hồi 131 Độ cứng hữu hiệu, độ cản hữu hiệu của các gối và hệ thống gối FPS 132 Tải trọng động đất tác dụng lên các tầng trong trường hợp công trình được cách chấn đáy bởi gối FPS 133 Bảng 5.8 Độ cứng hữu hiệu của các gối và hệ thống gối DCFP 134 Bảng 5.9 Tải trọng động đất tác dụng lên các tầng trong trường hợp công trình được cách chấn đáy bởi gối DCFP 135 Bảng 2.2 Bảng 5.1 Bảng 5.2 Bảng 5.5 Bảng 5.6 Bảng 5.7 Bảng 5.10 Bảng tổng kết so sánh lực cắt đáy của công trình không cách chấn đáy và được cách chấn đáy 136 xiv DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ Ký hiệu chữ cái và chữ La tinh Chương 1 γ max Biến dạng cắt thiết kế β eff Tỷ số cản hữu hiệu của HDRB TD Chu kỳ hữu hiệu của HDRB keff Độ cứng ngang hữu hiệu của HDRB E Mô đun đàn hồi của HDRB G Mô đun đàn hồi trượt của HDRB tr Chiều dày tổng cộng của các lớp cao su t Chiều dày của mỗi lớp cao su H Hệ số hình dạng của HDRB kv Độ cứng theo phương đứng của HDRB kh Độ cứng theo phương ngang của HDRB Ec Mô đun đàn hồi nén của hỗn hợp cao su thép A Diện tích mặt cắt ngang thiết kế của HDRB n Hệ số điều chỉnh Af Diện tích tự do xung quanh HDRB A0,1,2 Diện tích mặt cắt ngang hiệu quả của HDRB σc Ứng suất nén cho phép của HDRB PDL + LL Tải trọng trên gối do tĩnh tải và hoạt tải gây ra PDL + LL + EQ Tải trọng trên gối do tĩnh tải, hoạt tải và động đất gây ra εb Độ giãn dài của cao su phá hoại A sf Diện tích mặt cắt ngang bé nhất khi phá hoại do cắt của HDRB Are Diện tích mặt cắt ngang biến đổi do chuyển vị ngang xv L,B Chiều dài, chiều rộng của HDRB chữ nhật d Đường kính của HDRB hình tròn Δs Chuyển vị ngang của HDRB ts Chiều dày tấm thép Fy Giới hạn chảy của tấm thép εc Biến dạng nén Δc Chuyển vị nén của HDRB εb Độ giãn dài của cao su khi phá hoại γ sc Biến dạng cắt khi nén γ eq Biến dạng cắt dưới tải trọng động đất γ sr Biến dạng khi bị xoay δ roll −out Chuyển vị tương ứng khi lệch ra khỏi vị trí cân bằng SD Hệ số địa chấn BD Hệ số giảm chấn δv Chuyển vị theo phương đứng của gối FPS δ Chiều sâu của bán cầu lõm d FPS Đường kính vành của bán cầu lõm của gối FPS R Bán kính cong của bán cầu lõm của gối FPS TDpx , TDpy Chu kỳ dao động riêng theo 2 phương của toàn bộ hệ thống Vb Lực cắt đáy tại mặt cách chấn dưới Vs Lực cắt đàn hồi tại mặt cách chấn trên RI Hệ số phụ thuộc độ dẻo của kết cấu xi Nút của lưới sai phân b Bước của lưới sai phân N Số bước nhảy m Số bậc của thuật toán Runge – Kutta δ Hàm Dirac delta xvi Π Hàm Boxcar R( x) Hàm Ramp ∗ Tích chập Chương 2 γ Biến dạng cắt của gối đàn hồi G (γ ) Mô đun chống cắt D(γ ) Tỷ số cản phụ thuộc biến γ k (γ ) Độ cứng chống cắt c(γ ) Độ cản khi cắt m Khối lượng phần kết cấu bên trên tác dụng lên gối đàn hồi h Chiều cao của gối đàn hồi d Đường kính của gối đàn hồi J0 Mômen quán tính của gối Ip Mômen quán tính cực ωh 0 Tần số góc dao động tự nhiên của hệ theo phương ngang F0 Biên độ lực kích động động đất ωh Tần số góc của lực kích động động đất u Dịch chuyển tương đối giữa mặt cách chấn trên và mặt cách chấn dưới u g (t ) Giản đồ gia tốc nền theo phương ngang k (u ) Độ cứng của gối đàn hồi theo phương ngang c(u ) Độ cản của gối đàn hồi theo phương ngang m* Khối lượng quy đổi D Dịch chuyển thiết kế của gối đàn hồi kheff Độ cứng hữu hiệu của gối đàn hồi theo phương ngang cheff Độ cứng hữu hiệu của gối đàn hồi theo phương ngang β heff Tỷ số cản hữu hiệu của gối đàn hồi theo phương ngang Theff Chu kỳ hữu hiệu của gối đàn hồi theo phương ngang xvii Tf Chu kỳ dao động riêng của công trình khi không có cách chấn đáy x Biến dạng dọc của gối đàn hồi E ( x) Mô đun đàn hồi của vật liệu gối đàn hồi D( x) Tỷ số cản theo phương đứng k ( x) Độ cứng của gối đàn hồi theo phương đứng c( x) Độ cản của gối đàn hồi theo phương đứng Sn Diện tích mặt cắt ngang của gối đàn hồi ωvo Tần số góc dao động tự nhiên của hệ theo phương thẳng đứng P Kích động động đất giả thiết là lực điều hòa P0 Biên độ của lực kích động theo phương đứng ωv Tần số góc của lực kích động theo phương đứng x g (t ) Giản đồ gia tốc nền theo phương thẳng đứng kv Độ cứng của gối đàn hồi theo phương đứng Tv Chu kỳ cơ bản theo phương đứng ωv 0 Tần số góc dao động tự nhiên của hệ theo phương đứng Chương 3 k Độ cứng của gối FPS c Độ cản của gối FPS f Lực kích động ngoài F0 Biên độ của lực kích động ω Tần số của lực kích động a Hệ số độ cứng đàn dẻo z Biến trễ phụ A ,γ , β Các đại lượng không thứ nguyên để điều chỉnh hình dạng của vòng trễ n Tham số ảnh hưởng đến độ trơn của đường cong trễ Y Đặc trưng cho dịch chuyển dẻo g Gia tốc trọng trường xviii μ Hệ số ma sát giữa khớp trượt và bề mặt bán cầu lõm của gối FPS W Trọng lượng phần kết cấu bên trên mặt cách chấn truyền lên gối TFPS Chu kỳ dao động tự nhiên của gối FPS Fr Lực hãm do độ cứng của gối FPS Ff Lực hãm do ma sát giữa khớp trượt và bề mặt bán cầu lõm của gốiFPS μmax 0 Hệ số ma sát khi áp lực của khớp trượt lên bề mặt bản cầu lõm bằng không μmax p Hệ số ma sát khi có áp lực lớn nhất của khớp trượt lên bản cầu lõm μmax Hệ số ma sát ứng với khi khớp trượt có vận tốc lớn μ min Hệ số ma sát ứng với khi khớp trượt có vận tốc rất bé r Bán kính của khớp trượt ACS Diện tích tiếp xúc giữa khớp trượt lên bề mặt bán cầu lõm, p Áp lực bề mặt của khớp trượt lên bán cầu lõm ε Hệ số điều chỉnh μmax khi chuyển tiếp giữa áp lực bề mặt của khớp trượt lên bản cầu lõm từ tương đối thấp sang tương đối cao α Hệ số điều chỉnh μ khi chuyển tiếp giữa tốc độ trượt tương đối thấp sang tương đối cao T Chu kỳ dao động cơ bản Y Dịch chuyển dẻo của gối FPS Ps Lực pháp tuyến phụ DFPS Dịch chuyển thiết kế của gối FPS k FPS−eff Độ cứng hữu hiệu của gối FPS TFPS−eff Chu kỳ hữu hiệu của gối FPS Tf Chu kỳ dao động riêng của công trình khi không có cách chấn đáy β FPS−eff Tỷ số cản hữu hiệu của gối FPS ug Gia tốc nền theo phương ngang ω0 Tần số góc dao động tự nhiên của hệ xix Chương 4 R1 Bán kính cong của bán cầu trên gối DCFP R2 Bán kính cong của bán cầu dưới gối DCFP D1 Dịch chuyển thiết kế của FPS trên D2 Dịch chuyển thiết kế của FPS dưới h1 Chiều cao của khớp trượt âm gối DCFP h2 Chiều cao của khớp trượt dương gối DCFP μ1 Hệ số ma sát giữa khớp trượt và bề mặt bán cầu trên của gối DCFP μ2 Hệ số ma sát giữa khớp trượt và bề mặt bán cầu dưới của gối DCFP u1 Dịch chuyển của bán cầu trên so với khớp trượt u2 Dịch chuyển của khớp trượt trên bán cầu dưới ms Khối lượng của khớp trượt m1 Khối lượng của bán cầu trên Reff 1 Bán kính hiệu dụng của bán cầu trên Reff 2 Bán kính hiệu dụng của bán cầu dưới K r1 Độ cứng sinh ra do khớp trượt va đập với thành hãm của bán cầu trên khi dịch chuyển ra biên Kr2 Độ cứng sinh ra do khớp trượt va đập với thành hãm của bán cầu dưới khi dịch chuyển ra biên Fr1 Lực hãm của FPS trên Fr 2 Lực hãm của FPS dưới H Hàm Heaviside A1 , γ 1 , β1 Các đại lượng không thứ nguyên để điều chỉnh hình dạng vòng trễ của FPS trên A2 , γ 2 , β 2 Các đại lượng không thứ nguyên để điều chỉnh hình dạng vòng trễ của FPS dưới z1 Biến trễ phụ của FPS trên