Thí nghiệm bàn rung nghiên cứu ứng xử của công trình ngầm dưới tác dụng của động đất

Nội dung text: Thí nghiệm bàn rung nghiên cứu ứng xử của công trình ngầm dưới tác dụng của động đất

1. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM BÀN RUNG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA CÔNG TRÌNH NGẦM DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ĐỘNG ĐẤT ThS. LÊ VĂN TUÂN Viện Thủy công – Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam GS. ZHENG YONG-LAI Trường Đại học Đồng Tế, Trung Quốc Tóm tắt: Bài báo trình bày thí nghiệm bàn cứu được thực hiện sau đó nhằm đánh giá, phân rung nghiên cứu ảnh hưởng của động đất tới kết tích cơ chế phá hoại, đưa ra phương pháp gia cố cấu công trình ngầm. Thí nghiệm thực hiện trên [3÷6] và phương pháp thiết kế kháng chấn cho mô hình kết cấu có tỷ lệ thu nhỏ hình học 1/30, công trình ngầm [7]. gồm 2 tầng 3 nhịp. Vật liệu làm mô hình là bê Các phương pháp chủ yếu đánh giá ảnh tông cường độ thấp (micro-concrete) và sợi kẽm. hưởng của động đất đến kết cấu công trình bao Gia tốc kích thích gồm 2 loại: Sóng El Centro và gồm: Phương pháp quan trắc nguyên trạng, sóng Shanghai. Các cảm biến được bố trí trong phương pháp thí nghiệm mô hình và phương đất và trên bề mặt kết cấu để ghi lại các phản pháp phân tích lý thuyết. Trong đó phương pháp ứng gia tốc trong đất, gia tốc trên kết cấu và biến thí nghiệm mô hình được sử dụng ngày càng dạng tại bề mặt kết cấu. Dựa trên số liệu thu rộng rãi do có những ưu điểm như: Trực quan được, tiến hành đánh giá ứng xử của kết cấu quan sát cách thức và vị trí xung yếu trên kết cấu; công trình ngầm dưới tác dụng của động đất. Kết đánh giá đến tác động qua lại của hệ đất - kết quả phân tích cho thấy, khi chịu kích thích động cấu dưới tác dụng của động đất [8]. Một số đất, vị trí yếu và dễ bị phá hoại nhất trên kết cấu nghiên cứu sử dụng bàn rung nghiên cứu ứng xử là tại đỉnh và chân cột. Ngoài ra, ứng xử của kết của kết cấu ngầm dưới tác dụng của động đất, cấu ngầm phụ thuộc vào gia tốc đỉnh và tần số tiêu biểu kể đến như tác giả Chen Guoxing và của sóng kích thích. cộng sự [9÷11] dựa trên mô hình tàu điện ngầm Từ khoá: Thí nghiệm bàn rung, công trình đặt trong nền đất bão hoà để nghiên cứu phản ngầm, động đất, El centro, Shanghai wave. ứng của mô hình trạm tàu điện ngầm dưới tác 1. Mở đầu dụng của kích thích động đất có kể đến tác động qua lại giữa đất - kết cấu. Jiang Luzhen và cộng Công trình ngầm ngày càng được xây dựng sự [12] sử dụng bàn rung và mô hình toán nghiên rộng rãi, đặc biệt là hệ thống giao thông ngầm tại cứu ứng xử kết cấu ngầm làm bằng bê tông cốt các đô thị lớn nhằm giải quyết bài toán giao thông thép có mặt cắt ngang dạng hộp, nhằm nghiên khi dân số đô thị ngày một tăng. Vấn đề an toàn cứu nội lực xuất hiện trong kết cấu, đồng thời so của công trình ngầm dưới tác dụng của các loại sánh sự khác nhau giữa gia tốc đỉnh xuất hiện tại sóng kích thích từ các vụ nổ, từ xe cơ giới, đặc các điểm trên kết cấu và gia tốc tại các điểm liền biệt là ảnh hưởng của sóng động đất, từ trước kề trong đất. 1995 chưa được quan tâm thoả đáng do quan niệm cho rằng, khi có động đất, công trình ngầm Các nghiên cứu trên cho thấy, phản ứng của chuyển động cùng với đất nền xung quanh và kết cấu ngầm khi chịu tác dụng của động đất rất như vậy, động đất xảy ra thì công trình ngầm an phức tạp, đòi hỏi nhiều nghiên cứu sâu hơn nữa toàn hơn so với công trình trên mặt đất. Cho đến cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm nhằm hiểu rõ hơn khi trận động đất Hyogoken - Nanbu diễn ra ở về phản ứng của công trình ngầm khi động đất Nhật vào ngày 17 tháng 01 năm 1995 tàn phá xảy ra, đồng thời đưa ra các biện pháp kháng mạnh mẽ hệ thống tàu điện ngầm, các kết cấu chấn hiệu quả cho công trình ngầm. Nghiên cứu công trình ngầm, các loại đường ống đã làm này áp dụng phương pháp thí nghiệm mô hình để thay đổi quan niệm cho rằng công trình ngầm an đánh giá ứng xử của kết cấu ngầm dưới ảnh toàn trước động đất [1, 2]. Các điều tra và nghiên hưởng của sóng kích thích động đất. Kết cấu Tạp chí KHCN Xây dựng – số 1/2016 15
2. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG ngầm cấu tạo gồm 2 tầng 3 nhịp, được làm từ bê Trong thí nghiệm sử dụng bàn rung, việc lựa tông cường độ thấp (micro-concrete) và sợi kẽm chọn hình thức thùng chứa là rất quan trọng, ảnh nhằm mô phỏng kết cấu ngầm trong thực tế. Tỷ hưởng đến kết quả thí nghiệm. Các loại thùng lệ hình học của mô hình và nguyên trạng là 1/30. chứa có thể chia ra thành 3 loại chính, bao gồm: Thí nghiệm thực hiện tại Phòng thí nghiệm trọng (1) thùng chứa dạng hộp làm bằng thép cứng; (2) điểm quốc gia về động đất của trường đại học thùng chứa được ghép bằng các thanh thép cứng; Đồng Tế, Trung Quốc. Kết quả thí nghiệm làm tài (3) thùng chứa dạng trụ tròn làm bằng vật liệu liệu tham khảo cho đánh giá kháng động đất các mềm. Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra, sử dụng công trình tương tự, cũng như một lần nữa thùng chứa loại thứ 3 trong thí nghiệm bàn rung, nghiệm chứng lại các lý thuyết nghiên cứu về các thông số đo đạc từ thí nghiệm gần sát với mô kháng chấn công trình ngầm. hình thực tế hơn so với sử dụng thùng chứa loại 1 và loại 2 (xem [13]). Do vậy, thí nghiệm này lựa 2. Thiết bị thí nghiệm chọn chế tạo thùng chứa loại thứ 3. 2.1. Bàn rung Hình 1 và hình 2 cho thấy hình ảnh thực tế và Bàn rung sử dụng trong thí nghiệm có kích mặt cắt ngang thùng chứa sử dụng trong thí thước 4mx4m, dùng điện và các pitong thuỷ lực nghiệm. Thùng chứa dạng trụ tròn đường kính để tạo ra kích thích theo cả 3 phương. Bàn rung 3m, cao 1.5m, thành làm bằng cao su dày 4mm, có thể chịu tải trọng tối đa là 25 tấn, tạo ra gia tốc được bao bọc bởi các vòng thép loại đường kính lớn nhất theo phương ngang và phương đứng là 6mm, mật độ 5cm/1 vòng. Thùng chứa được cố 4g (g là gia tốc trọng trường), trong phạm vi dải định trong khung thép hàn bằng thép chữ L và tần số từ 0.1Hz đến 50Hz. Hệ thống thu tín hiệu chữ I, đáy khung thép đổ 1 lớp bê tông dày 5cm. có tối đa 128 cổng thu. Trên khung thép có các ốc vít để cổ định thùng 2.2. Thùng chứa mô hình chứa và bàn rung. Structure Model soil Hình 1. Thùng chứa mô hình thí nghiệm Hình 2. Mặt cắt ngang thùng chứa 2.3. Mô hình thí nghiệm lệ trộn ximăng:cát:đá:nước = 1:6: 0.6:0.5. Thí Dựa trên nguyên mẫu thiết kế của một nhà nghiệm nén mẫu bê tông kích thước 70.7 x 70.7 x ga dọc tuyến tàu điện ngầm số 2 tại Thượng Hải, 70.7mm để đo cường độ chịu nén cho kết quả thí nghiệm lựa chọn tỷ lệ tương đương hình học cường độ chịu nén của mẫu đạt xấp xỉ 12.4 MPa. là 1/30, sử dụng sợi kẽm và bê tông cường độ Nén mẫu kích thước 7.7 x 70.7 x 210mm cho kết thấp (micro-concrete) để chế tạo mô hình. Kích quả module đàn hồi của bê tông làm mô hình xấp thước tổng thể của mô hình: Dài x rộng x cao xỉ 11.8 GPa. Đường kính sợi kẽm gồm 4 loại có tương ứng là 2170mm, 715mm và 371mm. Tiết đường kính từ 0.3mm đến 0.9 mm, bố trí như diện ngang của mô hình gồm có 2 tầng 3 gian. sau: Sợi đường kính 0.9mm bố trí ở các trụ, sợi Dọc theo chiều dài của mô hình gồm có 8 khoang đường kính 0.7mm bố trí ở tường bên, sợi đường chia đều bởi 7 trụ có tiết diện ngang 24mm x kính 0.5mm bố trí ở kết cấu đầu và chân trụ, sợi 24mm. Bê tông cường độ thấp của mô hình có tỷ 0.3mm làm sợi cốt đai. Hình ảnh mô hình thí 16 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 1/2016
3. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG nghiệm và kích thước mặt cắt ngang của mô hình như trên hình 3 và hình 4. Hình 3. Hình ảnh mô hình thí nghiệm Hình 4. Kích thước mặt cắt ngang mô hình thí nghiệm 3. Sơ đồ bố trí cảm biến nghiệm tương tự trước đây cho thấy rằng, kết Hình 5 đến hình 9 là sơ đồ bố trí các cảm cấu ngầm có 2 đầu ngàm cứng, từ khoảng cách biến đo, bao gồm: Cảm biến đo gia tốc (trong 0.38b tính từ một đầu bất kỳ của kết cấu, với b đất và trên kết cấu) và cảm biến đo chuyển vị là độ rộng của kết cấu thì độ lệch giữa mômen tại các vị trí trên bề mặt kết cấu. Các cảm biến uốn lớn nhất tại các cột trụ nhỏ hơn 5% (xem được bố trí về hai phía của mô hình kết cấu mà [14]) . Vì lý do đó, thí nghiệm sử dụng 2 tấm không bố trí ở mặt cắt chính giữa của kết cấu, nhựa tổng hợp dày 10mm chế tạo thành nắp vì: (1) kích thước của mô hình kết cấu nhỏ, đậy nhằm ngàm 2 đầu kết cấu, trên tấm nhựa thao tác để gắn các cảm biến vào các vị trí tại khoan lỗ nhỏ để các dây nối với cảm biến luồn mặt cắt chính giữa rất khó khăn, rất khó đạt qua kết nối vào hệ thống máy tính đo tín hiệu. được độ chính xác cần thiết; (2) kết quả nghiên Các cảm biến được bố trí về hai phía của kết cứu bằng mô hình toán cũng như các thí cấu, như trên hình 5 đến hình 9. D S1~17 S18~26 C B A1~3 A4~7 A 1 2 10 3 4 5 6 7 11 8 9 Hình 5. Mặt bằng sơ đồ bố trí các cảm biến S4 S15 S1 S7 S11 S18 S21 S24 S8 S12 S5 S16 S2 S9 S13 S19 S22 S25 S3 S10 S14 S6 S17 S20 S23 S26 Hình 6. Sơ đồ bố trí cảm biến đo chuyển vị tại Hình 7. Sơ đồ bố trí cảm biến đo chuyển vị tại mắt cắt trục số 2 (S1 đến S17) mắt cắt trục số 8 (S18 đến S26) Tạp chí KHCN Xây dựng – số 1/2016 17
4. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG As1x As1z As4x As5x As2x As2z As6x As3x As3z As7x Hình 8. Sơ đồ bố trí cảm biến đo gia tốc trên kết Hình 9. Sơ đồ bố trí cảm biến đo gia tốc trên kết cấu tại mặt cắt trục số 3 (A1 đến A3) cấu tại mặt cắt trục số 7 (A4 đến A7) Af1 Af11x Af11z Af1 Af2 Af3 Af4 Af5 Af9 Af0 A0 Hình 11. Mặt cắt sơ đồ bố trí cảm biến đo gia tốc Hình 10. Mặt bằng sơ đồ bố trí cảm biến đo trong đất gia tốc trong đất 4. Sóng kích thích và các trường hợp thí nghiệm Ms=6.9 là một trong những trận động đất được Gia tốc kích thích sử dụng trong thí nghiệm ghi lại đầy đủ nhất. Thời gian chuyển động mạnh bao gồm 2 loại: Gia tốc của trận động đất ở El kéo dài 26 giây. Sóng SHW được chọn trong Quy centro và gia tốc giả thiết của khu vực thành phố phạm thiết kế kháng chấn DGJ08-9-2013 [15] tại Thượng Hải, Trung Quốc (sau đây gọi tắt là sóng khu vực Thượng Hải, địa chất nền là đất cấp IV. SHW). Trận động đất ở El centro, California (Mỹ) Gia tốc đồ và phổ Fourier của sóng El Centro và xảy ra ngày 19 tháng 5 năm 1940 có cường độ SHW như trên hình 12 đến hình 15. 0.4 El Centro 0.04 SHW 0.3 0.03 0.2 0.02 0.1 0.01 0.0 0.00 -0.1 -0.01 -0.2 -0.02 Acceleration (g) Acceleration -0.03 Acceleration (g) Acceleration -0.3 -0.4 -0.04 0 5 10 15 20 25 30 35 0 2 4 6 8 10 12 time (sec) time (sec) Hình 12. Gia tốc đồ của sóng El Centro Hình 13. Gia tốc đồ của sóng SHW 18 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 1/2016
5. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG 0.006 0.014 0.012 0.005 0.010 0.004 0.008 0.003 0.006 0.002 Amplitude 0.004 0.002 Amplitude 0.001 0.000 0.000 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 40 50 60 Frequency (Hz) Frequency (Hz) Hình 14. Phổ gia tốc của sóng El Centro Hình 15. Phổ gia tốc của sóng SHW Từ các giá trị trên, giá trị gia tốc của các trường hợp thí nghiệm được điều chỉnh dựa trên phương pháp đỉnh gia tốc nền (Peak Ground Acceleration - PGA). Các trường hợp thí nghiệm tương ứng với giá trị gia tốc đỉnh như trong bảng 1. Bảng 1. Giá trị gia tốc cực đại ứng với các trường hợp thí nghiệm Giá trị cực đại STT Gia tốc Ký hiệu Phương (g) 1 El Centro wave El2 0.229 Ngang 2 Shanghai wave SH3 0.245 Ngang Ngang, 3 El Centro wave El7 0.42; 0.38 đứng Ngang, 4 Shanghai wave SH8 0.47; 0.32 đứng 5 El Centro wave El10 0.99g Ngang 6 Shanghai wave SH11 0.95 Ngang 7 El Centro wave El15 1.47 Ngang 8 Shanghai wave SH16 1.34 Ngang 5. Kết quả thí nghiệm và phân tích đại gia tốc AMF tăng từ đáy lên bề mặt đất mô hình. Tại bề mặt đất, giá trị AMF nằm trong 5.1. Gia tốc trong đất khoảng từ 0.57 đến 0.85. Ngược lại đối với sóng Hình 16 đến hình 19 trình bày hệ số khuếch kích thích có PGA lớn hơn (trường hợp El10, đại gia tốc (AMF-Acceleration Magnification SH11 và El15, SH16), hệ số khuếch đại gia tốc Factor) của các điểm quan trắc trong đất ứng với có xu hướng giảm dần từ đáy lên bề mặt. Điều các trường hợp thí nghiệm. Cột bên trái biểu thị này được lý giải do ứng xử phi tuyến và mềm hóa hệ số khuếch đại gia tốc theo độ sâu ứng với các của đất mô hình khi chịu kích thích của sóng có giá trị gia tốc khác nhau. Cột bên phải là biến gia tốc lớn. thiên gia tốc theo thời gian tại các điểm quan trắc. Ở các trường hợp thí nghiệm, khi sóng kích Từ các biểu đồ trên, có thể nhận thấy, đối thích có cùng độ lớn PGA, hệ số khuếch đại gia với sóng kích thích có đỉnh gia tốc nền (viết tắt là tốc gây ra bởi sóng kích thích El bé hơn so với hệ PGA-Peak Ground Acceleration) nhỏ (như trường số khuếch đại gia tốc gây ra bởi sóng kích thích hợp sóng El2, SH3, và El7, SH8), hệ số khuếch SHW. Tạp chí KHCN Xây dựng – số 1/2016 19
6. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG 0.15 0.15 El2-A9 El2-A5 0.10 0.10 Peak AMF 0.05 0.05 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.00 0.00 0.0 -0.05 -0.05 A1 -0.10 -0.10 Acceleration (g) Acceleration -0.15 Acceleration (g) -0.15 0.2 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 time (s) time (s) 0.15 0.20 0.4 El2-A1 SH3-A9 A5 0.10 0.15 0.05 0.10 0.00 0.05 0.6 El2 -0.05 0.00 SH3 -0.05 -0.10 -0.10 Acceleration (g) Acceleration 0.8 -0.15 (g) Acceleration -0.15 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 A9 time (s) time (s) Soil depthSoil(m) 1.0 0.10 SH3-A5 0.20 0.05 0.15 SH3-A1 0.10 0.00 0.05 1.2 -0.05 0.00 -0.05 -0.10 -0.10 -0.15 -0.15 Acceleration (g) -0.20 1.4 -0.20 (g) Acceleration -0.25 A0 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 time (s) time (s) Hình 16. Hệ số khuếch đại gia tốc của các điểm trong đất ứng với sóng kích thích El2 và SH3 0.20 0.20 El7-A9 El7-A5 Peak AMF 0.15 0.15 0.10 0.10 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.05 0.05 0.0 0.00 0.00 A1 -0.05 -0.05 -0.10 -0.10 -0.15 -0.15 Acceleration (g) Acceleration 0.2 -0.20 Acceleration (g) -0.20 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 time (s) time (s) 0.4 0.30 A5 0.25 El7-A1 0.20 0.20 0.15 0.15 SH8-A9 0.10 0.10 0.05 0.6 El7 0.00 0.05 -0.05 0.00 SH8 -0.10 -0.15 -0.05 -0.20 -0.10 -0.25 0.8 (g) Acceleration -0.15 -0.30 Acceleration (g) -0.20 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 A9 time (s) time (s) Soil depth (m) 1.0 0.15 0.10 SH8-A5 0.3 SH8-A1 0.05 0.2 1.2 0.00 0.1 -0.05 0.0 -0.10 -0.1 -0.15 -0.2 -0.20 1.4 Acceleration (g) -0.25 (g) Acceleration -0.3 A0 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 time (s) time (s) Hình 17. Hệ số khuếch đại gia tốc của các điểm trong đất ứng với sóng kích thích El7 và SH8 20 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 1/2016
7. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Peak AMF 1.0 1.0 El10-A9 0.8 El10-A5 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.8 0.6 0.0 0.6 0.4 0.4 0.2 A1 0.2 0.0 0.0 -0.2 -0.2 -0.4 0.2 -0.4 -0.6 -0.6 -0.8 Acceleration (g) Acceleration -0.8 Acceleration (g) -1.0 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 time (s) time (s) 0.4 A5 0.8 1.0 0.6 El10-A1 0.8 SH11-A9 0.6 El10 0.4 0.6 0.4 SH11 0.2 0.2 0.0 0.0 -0.2 -0.2 0.8 -0.4 -0.4 -0.6 -0.6 A9 (g) Acceleration -0.8 -0.8 (g) Acceleration -1.0 Soil Soil depth(m) 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 1.0 time (s) time (s) 1.0 SH11-A5 1.0 1.2 0.8 0.8 SH11-A1 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0.0 0.0 1.4 -0.2 -0.2 -0.4 -0.4 A0 -0.6 -0.6 Acceleration (g)Acceleration -0.8 -0.8 -1.0 (g) Acceleration -1.0 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 time (s) time (s) Hình 18. Hệ số khuếch đại gia tốc của các điểm trong đất ứng với sóng kích thích El10 và SH11 1.2 Peak AMF 1.2 1.0 El15-A5 El15-A9 0.8 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.8 0.6 0.4 0.0 0.4 0.2 A1 0.0 0.0 -0.2 -0.4 -0.4 -0.6 0.2 -0.8 -0.8 Acceleration (g) Acceleration -1.0 -1.2 Acceleration (g) -1.2 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 time (s) time (s) 0.4 1.0 1.2 A5 0.8 El15-A1 SH16-A9 0.6 0.8 0.4 0.2 0.4 0.6 El15 0.0 -0.2 0.0 SH16 -0.4 -0.4 -0.6 -0.8 -0.8 Acceleration (g) Acceleration 0.8 -1.0 (g) Acceleration -1.2 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 A9 time (s) time (s) Soil (m)Soil depth 1.2 1.2 1.0 SH16-A5 SH16-A1 0.8 0.8 0.4 0.4 0.0 0.0 1.2 -0.4 -0.4 -0.8 -0.8 Acceleration (g) Acceleration -1.2 (g)Acceleration -1.2 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 1.4 time (s) time (s) A0 Hình 19. Hệ số khuếch đại gia tốc của các điểm trong đất ứng với sóng kích thích El15 và SH16 5.2. Gia tốc tại các điểm trên kết cấu dần từ dưới lên trên, đạt giá trị lớn nhất tại trần Hình 20 biểu thị gia tốc đỉnh tại các điểm quan của tầng trên cùng kết cấu. trắc bố trí ở bản đáy, bản sàn tầng 2 và trần tầng Độ lệch giữa đỉnh gia tốc tại trần tầng trên 2 của kết cấu. Từ quan hệ trên nhận thấy, khi và bản đáy tầng dưới tăng khi giá trị đỉnh gia tốc đỉnh gia tốc nền, gia tốc trên kết cấu cũng tăng nền tăng. Phân tích số liệu cho thấy, khi thí Tạp chí KHCN Xây dựng – số 1/2016 21
8. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG nghiệm với sóng El2 và SH3, giá trị độ lệch Phân tích cũng cho thấy, khi kết cấu ngầm tương ứng là 1.87% và 4.73%. Tuy nhiên, giá trị chịu kích thích với cùng giá trị của đỉnh gia tốc độ lệch tương ứng là 16.5% và 19.9% ứng với nền, gia tốc trên kết cấu gây ra bởi sóng El luôn trường hợp sóng kích thích El15 và SH16. nhỏ hơn gia tốc gây ra bởi sóng SHW. 0.40 El2 0.40 El7 0.40 El10 0.40 El15 SH3 SH8 0.35 SH11 0.35 0.35 0.35 SH16 As1 As1 As1 0.30 As1 0.30 0.30 0.30 0.25 0.25 0.25 0.25 0.20 0.20 0.20 0.20 0.15 As2 0.15 As2 0.15 As2 0.15 As2 0.10 0.10 0.10 0.10 Structure height (m) heightStructure Structure height (m) Structure height (m) Structure 0.05 0.05 0.05 (m) Structure height 0.05 As3 As3 As3 As3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.6 0.5 0.6 0.7 Peak acceleration (g) Peak acceleration (g) Peak acceleration (g) Peak acceleration (g) Hình 20. Gia tốc đỉnh tại các điểm đo trên kết cấu ứng với các sóng kích thích khác nhau 5.3. Biến dạng tại các điểm trên kết cấu kết quả trên có thể đưa ra các biện pháp kỹ thuật Hình 21 biểu thị biến dạng cực đại tại các vị làm giảm tác dụng của sóng kích thích động đất trí đo trên bề mặt kết cấu tương ứng với các lên kết cấu ngầm bằng cách tăng cường khả trường hợp sóng kích khác nhau. Trong thí năng chịu lực tại các vị trí đỉnh và chân cột. nghiệm, tại một số vị trí quan trắc hệ thống máy Tại các vị trí gần góc của bản sàn và đỉnh tính không thu được tín hiệu từ cảm biến (no signal). tường bên kết cấu, biến dạng đạt giá trị nhỏ nhất. Điều này cho thấy, khi chịu kích thích động đất tại Từ hình 21 có thể nhận thấy: Giá trị biến dạng các điểm sát góc của bàn sàn hoặc tại đỉnh lớn nhất tại các vị trí đo trên kết cấu tăng khi đỉnh tường bên, lực uốn tăng thêm là nhỏ nhất. gia tốc sóng kích thích tăng. Ứng với mỗi trường hợp thí nghiệm, biến dạng tại đỉnh cột hoặc tại Tại các vị trí quan trắc, khi chịu tác dụng của chân cột đạt giá trị lớn nhất. Tại các điểm này, kết cùng giá trị đỉnh gia tốc nền, biến dạng trên kết cấu xuất hiện đồng thời cả biến dạng uốn và biến cấu tương ứng với sóng kích thích El và sóng dạng cắt, là vị trí yếu nhất của kết cấu khi kết cấu SHW không khác nhau nhiều và biến thiên không chịu tác dụng của kích thích động đất. Dựa vào có quy luật rõ ràng. 26.77 67.4 59.32 31.27 463.26 84.52 135.96 12.04 37.54 106.24 125.17 5.56 380.74 no signal 100.5 173.42 165.99 22.76 8.44 219.6 240.64 105.6 236.59 no signal 3.92 no signal a) 29.81 68.68 57.4 134.12 24.53 473.12 94.06 14.12 33.77 107.68 123.73 6.84 385.55 no signal 54.43 165.2 142.1 27.0 24.2 224.6 239.4 108.7 229.86 no signal 6.48 no signal b) 22 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 1/2016
9. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG 32.78 72.05 57.8 14.19 482.74 110.9 131.71 17.89 32.33 11.85 121.4 6.47 386.51 no signal 54.0 138.05 142.9 34.86 16.7 231.3 231.71 107.4 215.67 no signal 11.61 no signal c) 35.51 75.1 58.84 11.39 498.4 119.8 131.47 17.89 28.56 113.14 124.29 4.87 386.99 no signal 159.1 141.1 146.83 36.3 60.01 231.3 232.7 105.2 214.62 no signal 12.5 no signal d) 34.7 71.65 53.15 0.96 502.5 138.8 127.38 21.01 30.16 105.12 120.92 6.04 388.68 no signal 195.6 109.26 141.53 43.68 23.36 231.2 223.2 111.9 195.78 no signal 6.64 no signal e) 35.99 72.45 52.75 12.02 523.8 159.24 125.69 23.02 16.69 105.36 117.55 20.15 388.11 no signal 375.1 90.1 133.44 45.12 29.37 233.6 226.1 113.6 192.17 no signal 8.57 no signal f) 40.48 78.63 56.76 21.48 521.9 168.9 127.22 17.33 23.19 107.6 110.82 30.17 385.95 no signal 319.8 65.4 144.74 44.16 220.7 21.7 235.8 109.8 189.93 no signal 14.1 no signal g) 41.12 77.1 57.16 29.26 548.47 183.54 126.26 18.13 10.2 103.43 108.17 35.31 382.9 no signal 529.11 49.35 143.38 45.2 235.8 226.05 24.32 108.6 189.69 no signal 16.83 no signal h) Hình 21. Biến dạng cực đại tại các điểm đo trên kết cấu ứng với các trường hợp: a) El2; b) SH3; c) El7; d) SH8; e) El10; f) SH11; g) El15; h) SH16 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 1/2016 23
10. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG 6. Kết luận The 12 WCEE 2000. Bài báo trình bày kết quả thí nghiệm sử dụng [6] Zhuang Haiyang, Yu Xu, Zhu Chao, Jin Danda. “Shaking table test for the seismic response of bàn rung nghiên cứu ứng xử của kết cấu công a base-isolated structure with the SSI effect”. trình ngầm khi chịu tác dụng của kích thích động Soil Dynamics and Earthquake Engineering 67 đất. Các kết luận sau đây được rút ra từ thí (2014): 208-218. nghiệm: [7] Youself M.A. Hashash, Jeffrey J. Hook, Birger Khi sóng kích thích có gia tốc đỉnh nhỏ (nhỏ Schmidt, John I-Chiang Yao. “Seimic design hơn 0.47g), hệ số khuếch đại gia tốc của các and analysis of underground structures”. điểm trong đất tăng dần từ đáy lên bề mặt đất mô Tunnelling and Underground Space Technology hình. Khi sóng kích thích có gia tốc đỉnh lớn (lớn 16 (2001): 247-293. hơn 0.96g), hệ số khuếch đại gia tốc của các [8] Zheng Yonglai. Yang Linde, Li Wenyi, Zhoujian. điểm trong đất giảm dần từ đáy lên bề mặt đất. Earthquake resistance of underground structure. Tongji University Press (The second edition, Khi chịu kích thích của sóng có cùng độ lớn 2010 (tiếng Trung)). gia tốc đỉnh, gia tốc tại bản đáy kết cấu là nhỏ [9] Chen Guoxing, Chen Su, Zuo Xi, Du Xiuli, QI nhất, tăng dần ở bản sàn tầng trên và đạt giá trị Chengzhi, Wang Zhihua. Shaking table tests lớn nhất tại trần tầng trên của kết cấu. Độ lệch and numerical simulaitons on a subway giá trị gia tốc đỉnh tại trần và bản đáy của kết cấu structure in soft soil. Soil Dynamics and tăng khi gia tốc nền cực đại của sóng kích thích Earthquake Engineering 76 (2015): 13-28. tăng. [10] Guoxing Chen, Zhihua Wang, Xi Zuo, Xiuli Du, Biến dạng tại vị trí đỉnh và chân cột đạt giá trị Hongmei Gao. Shaking table test on the lớn nhất so với các vị trí còn lại trên kết cấu. Tại seismic failure characteristics of a subway các vị trí gần tường bên và bản sàn biến dạng station structure on liquefiable ground. Earthq xuất hiện có giá trị bé nhất. Eng Struct Dyn 2013;42(10):1489–507. [11] Guoxing Chen, Haiyang Zhang, Xiuli Du, Liang TÀI LIỆU THAM KHẢO Li, Shaoge Cheng. Analysis of large-scale [1] Lida H, Hiroto T, Yoshida N, Jwafuji M. “Damage shaking table test of dynamic soil-subway to Daikai subway station”, soils and foundations, station interaction. Earthq Eng Eng Vib special issue on geotechnical aspects of the 17 2007;27(2):171–6 (tiếng Trung). January 1995 Hyogoken-Nambu Earthquak. Japn Geotech Soc 1996:283-300. [12] Jiang Luzhen, Chen Jun, Lijie. “Seismic response of underground utility tunnels: shaking [2] Yoshida N, Nakamura S (1996). "Damage to table testing and FEM analysis”. Earthquake Daikai subway station during the 1995 Hyogoken-Nunbu earthquake and its Engineering and Engineering Vibration 9 (2010): investigation". Eleventh World Conference on 555-567. Earthquake Engineering, Paper No. 2151. [13] Robb E. S. Moss, Steven Kuo and Victor [3] Xuehui An, Ashraf A, Shawky &Koichi Maekawa. Crosariol. “Shaking table testing of seismic soil- The collapse mechanism of a s``ubway station foundation-structure-interaction”. Geo-Frontiers, during the great Hanshin earthquake. Cement ASCE 2011, P4369-4377. and concrete composites 19 (1997): 241-257. [14] Ji Quanqian. “Shaking table testing on [4] N.Yoshida, and S. Nakamura. “Damage to underground subway station structures”. Ph.D Daikai subway station during the 1995 dissertation. China: Tongji University: Shanghai, Hyogoken-Nambu earthquake and its June 2002. investigation”. Eleventh World Conference on [15] Code for seismic deign of buildings DGJ08-9- Earthquak Engineering, 1996. 2013. [5] Tiwatate, Y Kobayashi, H Kusu and K Rin. “In- Ngày nhận bài:28/12/2015. vestigation and shaking table test of subway structures of the Hyogoken-Nanbu earthquake”. Ngày nhận bài sửa lần cuối: 29/02/2016. 24 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 1/2016