Các nhà khoa học Việt Nam nghiên cứu làm nhà chống động đất

  • 10:55 ,24/10/2018

KHPTO - Đối với các công trình xây dựng cao tầng, việc thiết kế công trình chống chịu động đất đã được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế. Nhóm nghiên cứu Hoàng Phương Hoa, Trường đại học bách khoa Đà Nẵng, Hồ Quang Nam, Trung tâm tư vấn kỹ thuật xây dựng Đà Nẵng đã nghiên cứu hiệu quả giảm chấn khi áp dụng gối con lắc một mặt trượt ma sát cho nhà nhiều tầng chống động đất.

Gối con lắc một mặt trượt ma sát (SFP) được sử dụng trong nghiên cứu này. Các tác giả đã tìm hiểu cấu tạo kích thước của gối sao cho đảm bảo yếu tố kiến trúc và hiệu quả giảm chấn đối với lực cắt, gia tốc và chuyển vị của các tầng trong trường hợp có và không sử dụng gối SFP. Ngôn ngữ lập trình Matlab và phương pháp Runge-Kutta được áp dụng để giải hệ phương trình vi phân chuyển động của hệ cho hiệu quả giảm chấn của từng trường hợp nghiên cứu đối với mô hình nhà cao tầng

Hiện nay, việc thiết kế công trình chịu động đất là một nhiệm vụ, một thử thách lớn cho các nhà thiết kế kết cấu xây dựng. Theo quan điểm thiết kế kháng chấn hiện đại, để thiết kế kháng chấn cho một công trình xây dựng cần đảm bảo hai tiêu chí, đó là: bảo đảm kết cấu có khả năng chịu lực lớn trong miền đàn hồi và bảo đảm cho kết cấu có khả năng phân tán năng lượng do động đất truyền vào, thông qua sự biến dạng dẻo trong giới hạn cho phép hoặc các thiết bị hấp thu năng lượng.

Ngày nay, quan điểm thiết kế kháng chấn hiện đại thường gắn với kỹ thuật điều khiển kết cấu. Mục đích của kỹ thuật điều khiển kết cấu là để đáp ứng tiêu chí thứ 2 của thiết kế kháng chấn cho công trình. Nói chung, kỹ thuật điều khiển kết cấu có 3 dạng chính, đó là: điều khiển kết cấu dạng chủ động (Active control), điều khiển kết cấu dạng bị động (Passive control) và kỹ thuật điều khiển kết cấu dạng bán chủ động (Semiactive control). Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đi sâu nghiên cứu kỹ thuật điều khiển kết cấu dạng bị động. Kỹ thuật điều khiển kết cấu dạng này rất đơn giản, chi phí thấp và vẫn đạt được hiệu quả giảm chấn cao.

Việc áp dụng gối con lắc một mặt trượt ma sát là kỹ thuật điều khiển kết cấu dạng bị động. Ý tưởng chính của kỹ thuật này là cách ly kết cấu bên trên với nền bằng cách sử dụng các gối mềm, gọi là gối cách chấn. Gối cách chấn có độ cứng chuyển vị ngang nhỏ, thông thường sẽ được lắp vào giữa phần móng và kết cấu bên trên để cách ly kết cấu với chuyển động nền đất, ngắt bớt nguồn năng lượng động đất truyền vào kết cấu. Kết cấu được gắn thiết bị này sẽ có chu kỳ cơ bản tăng lên, kết cấu được làm “mềm” đi. Với chu kỳ dao động của kết cấu được cô lập tăng lên sẽ giúp cho kết cấu tránh xa các vùng chu kỳ trội của các trận động đất, làm lệch vùng có thể cộng hưởng dao động của kết cấu, từ đó giảm tác động của tải trọng động đất vào kết cấu.

Gối con lắc một mặt trượt ma sát đang được áp dụng rộng rãi tại nhiều nước, đặc biệt là những nước có phân vùng ảnh hưởng của gia tốc nền như nước ta, một nước có phân vùng động đất mạnh không cao.

Thiết bị gồm có khớp trượt với bề mặt được phủ một lớp i-nox bóng (stainless-steel surfaces), có độ cong bám theo bề mặt của một phần bán cầu lõm thuộc bản thép trên khớp trượt  làm bằng thép không gỉ và được đặt trên một bán cầu lõm, cũng được phủ bằng một loại vật liệu composite có hệ số ma sát thấp.

Khi khớp trượt chuyển động trên mặt của bán cầu lõm, nó đẩy khối lượng đỡ bên trên chuyển động đi lên và do đó tạo ra được lực phục hồi. Ma sát giữa khớp trượt và bề mặt bán cầu tạo ra độ giảm chấn của thiết bị cách chấn này. Độ cứng hiệu quả của thiết bị cách chấn, chu kỳ dao động của kết cấu được khống chế và điều chỉnh bằng bán kính cong bề mặt của bán cầu lõm.

Ứng xử của gối con lắc một mặt trượt ma sát và kết cấu nhà một và nhiều tầng đã được phân tích một cách chi tiết về chuyển vị, nội lực theo thời gian để khảo sát sự làm việc thích hợp của loại gối này. Kết quả tính toán cho thấy, kết cấu có hệ cách chấn gối con lắc một mặt trượt ma sát sẽ “mềm” hơn, có nghĩa là kết cấu khung nhà sẽ phản ứng với nội lực phát sinh nhỏ hơn, chuyển vị tương đối giữa các tiết diện của từng tầng nhỏ, số chu kỳ dao động ít hơn, tránh được hiện tượng cộng hưởng dao động. Đây là ý nghĩa lớn của việc bố trí hệ cách chấn con lắc ma sát. Với việc bố trí hệ cách chấn con lắc ma sát và tính toán chọn thông số cấu tạo gối thì việc thiết kế kết cấu ở trạng thái giới hạn đặc biệt với các tổ hợp có sự tham gia của tải trọng động đất đem lại lợi ích kinh tế, kỹ thuật và mỹ thuật cho công trình, đây chính là hiệu quả của hệ cách chấn con lắc trượt ma sát mang lại.

N.Hoa
  • Hotline
    (028) 3920 1523
  • Email