Tính toán độ bền đài cọc bê tông cốt thép toàn khối

Nội dung text: Tính toán độ bền đài cọc bê tông cốt thép toàn khối

1. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN ĐÀI CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI TS. LÊ MINH LONG, KS. NGUYỄN TRUNG KIÊN, KS. NGUYỄN HẢI DIỆN Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Việc tính toán đài cọc bê tông cốt thép tiện cho việc áp dụng và tránh được các tranh luận toàn khối đã được đề cập trong TCVN 5574:2012 và không cần thiết. tưởng như là đơn giản, nhưng trong thực tế thiết kế, Các bài toán (4) và (5) đã được hướng dẫn cụ thể do TCVN 5574:2012 không hướng dẫn chi tiết cho trong [1] và [3]. Bài báo này chỉ đề cập đến việc tính các trường hợp tính toán dẫn đến việc xác định tháp toán chọc thủng đài cọc bê tông cốt thép toàn khối (có chọc thủng, nhất là do các cọc biên thường được thực mặt bằng hình vuông (hoặc hình chữ nhật) dưới cột hiện không chính xác. Ngoài ra, các bài toán tính toán với số lượng cọc trong đài từ 2 trở lên theo các bài đài cọc cũng thường chưa được thực hiện đầy đủ và toán (1), (2) và (3). chính xác theo quan điểm của TCVN 5574:2012 nên dẫn đến tranh luận không cần thiết. Bài báo này trình 2. Tính toán độ bền đài cọc dưới cột bê tông cốt bày phương pháp tính toán chi tiết chọc thủng đài cọc thép toàn khối theo quan điểm của tài liệu cơ sở biên soạn ra TCVN 2.1 Tính toán chọc thủng đài cọc do cột gây ra 5574:2012. a. Tính toán chọc thủng đài cọc chịu lực đúng tâm 1. Đặt vấn đề Với đài cọc có 4 cọc trở lên, việc tính toán chọc Hiện nay trong thực tế thiết kế thường bỏ qua tính thủng đài cọc được thực hiện theo biểu thức (1), xuất toán chọc thủng của đài cọc với lý do chiều cao đài phát từ điều kiện: sự chọc thủng xảy ra theo các mặt thường được chọn sao cho tháp chọc thủng nằm phía bên của tháp chọc thủng với chiều cao tính bằng trong cọc biên. Tuy nhiên, với các đài có số lượng cọc khoảng cách theo phương thẳng đứng từ cốt thép lớn, phản lực đầu cọc cũng lớn, nên việc lựa chọn chịu lực của đài cọc đến chân cột, còn các mặt bên đi theo hướng này thường làm cho chiều cao đài cọc qua các mép ngoài của cột đến các mép trong của lớn, không đảm bảo tính kinh tế. các cọc và nghiêng một góc không nhỏ 45° so với Trong TCVN 5574:2012 [1], việc tính toán chọc phương nằm ngang và không lớn hơn góc ứng với thủng (nén thủng) được giới thiệu rất tổng quát trong tháp chọc thủng có c = 0,4h0. mục 6.2.5.4. Trong khi đó, khi áp dụng các công thức Biểu thức tổng quát để tính chọc thủng: tính toán theo mục này gây rất nhiều khó khăn cho kỹ R hi m h sư thiết kế, dẫn đến có sự sai lệch trong quá trình bt 0 0 (1) Fper  u i thẩm tra hồ sơ thiết kế các công trình cao tầng hiện i 1 ci nay. Khi tính toán độ bền của đài cọc bê tông cốt thép trong đó Fper là lực chọc thủng tính toán, bằng tổng cần phải thực hiện 05 bài toán: (1) tính toán chọc phản lực các cọc nằm ngoài phạm vi đáy dưới tháp thủng đài cọc do cột gây ra; (2) tính toán chọc thủng chọc thủng, Fper N n1 / n . Khi đó phản lực các đài cọc do cọc biên gây ra; (3) tính toán độ bền tiết cọc chỉ được tính do lực dọc trục N tác dụng tại tiết diện nghiêng chịu lực cắt; (4) tính toán uốn theo tiết diện cột ở cạnh nằm ngang bên trên của đài cọc; ở diện thẳng góc và tiết diện nghiêng; (5) tính toán nén đây n là số cọc trong đài, n1 là số cọc nằm ngoài cục bộ đài cọc. Trong đó, các bài toán (4) và (5) đã phạm vi đáy dưới tháp chọc thủng; Rbt là cường độ được trình bày chi tiết trong [1] và [3]. Tài liệu “Hướng chịu kéo tính toán của bê tông có kể đến các hệ số dẫn tính toán độ bền đài cọc theo tiêu chuẩn SNIP điều kiện làm việc của bê tông γbi ; h0 là chiều cao làm 2.03.01-84” [5] là tài liệu phát triển thêm nhằm chi tiết việc của tiết diện đài cọc trên đoạn đang xét, tính hóa tính toán cho SNIP 2.03.01-84 [3] (là tài liệu gốc bằng khoảng cách từ cốt thép chịu lực của đài cọc tới làm cơ sở biên soạn ra TCXDVN 356:2005 [2] trước mặt trên của đài cọc; ui là giá trị trung bình của cạnh đây và TCVN 5574:2012 [1] hiện hành). Trong [5] đã đáy trên và đáy dưới của mặt bên thứ i của tháp chọc cụ thể hóa các trường hợp tính toán. Rất tiếc là tài thủng (tức là tháp chọc thủng có thể có nhiều mặt, liệu này chưa được biên soạn cho Việt Nam để thuận không phải lúc nào cũng là 4); сi là khoảng cách từ mép cột tới mặt bên của cọc nằm ngoài phạm vi tháp Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 3
2. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG chọc thủng; là hệ số lấy bằng 1 với đài cọc toàn cột gần nhất, nằm ngoài phạm vi đáy dưới của tháp khối (đối với móng lắp ghép =(1-0,4RbtAf/N) 0,85 chọc thủng; c2 là khoảng cách từ mép cột có kích với Af = 2(bcol+hcol)hanc, trong đó hanc là chiều dài cột thước hcol tới mặt phẳng song song với nó, đi qua ngàm vào cốc móng). mép trong của hàng cột gần nhất, nằm ngoài phạm vi đáy dưới của tháp chọc thủng; Ở đây, tỉ số h0/ci lấy không nhỏ hơn 1 và không lớn hơn 2,5. Khi сi > h0 thì ci lấy bằng h0, khi сi < 0,4h0 thì сi lấy bằng bằng 0,4h0. Khi tính toán chọc thủng của đài cọc chịu lực đúng tâm do cột tiết diện vuông gây ra, với c1 = c2 = c thì công thức (2) sẽ có dạng: 4h0 Rbt h col c h0 F (3) per c Khi bố trí cốt thép ngang đặt vuông góc với mặt bản của đài cọc trong phạm vi tháp chọc thủng thì việc tính toán phải được thực hiện theo điều kiện: (4) FFFper b 0,8 sw nhưng không lớn hơn 2Fb. Giá trị lực Fb lấy bằng vế phải của biểu thức (1), còn lực Fsw bằng tổng toàn bộ lực cắt do cốt thép đai Hình 1. Sơ đồ hình thành tháp chọc thủng dưới cột bê tông (cắt qua các mặt bên của tháp chọc thủng) chịu, được cốt thép toàn khối xác định theo công thức: (5) Khi tính toán chọc thủng cho đài cọc chịu lực FRAsw  sw sw đúng tâm do cột tiết diện chữ nhật gây ra, biểu thức trong đó: Rsw là cường độ chịu kéo tính toán của cốt (1) được viết lại dưới dạng: thép đai khi tính toán tiết diện nghiêng chịu tác dụng của lực cắt; Asw là tổng diện tích tiết diện ngang của 2h0 Rbt h 0 h 0 Fper b col c2 h col c 1 (2) cốt thép đai, cắt qua các mặt bên của tháp chọc c c 1 2 thủng. trong đó Fреr; Rbt; h0 như trong biểu thức (1); bcol; hcol - Với đài cọc gồm 2 cọc (hình 2) thì việc tính toán lần lượt là chiều rộng và chiều cao của tiết diện cột; c1 chọc thủng đài cọc do cột gây ra được tiến hành theo là khoảng cách từ mép cột có kích thước bcol tới mặt điều kiện: phẳng song song với nó, đi qua mép trong của hàng h0 2Rbt b col c2 h 0 h col c 1 b b col c1 F (6) per trong đó Fper là lực chọc thủng tính toán, bằng tổng phản lực của hai cọc do lực dọc N tác dụng lên cột Rbt, h0; c1; bcol, hcol, : như trong biểu thức (1); c2 là khoảng cách từ mặt phẳng mép cột kích thước hcol đến mép ngoài của đài cọc. 4 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
3. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG phản lực của các cọc nằm trong phạm vi diện tích của đáy dưới tháp chọc thủng không được kể tới. Hình 2. Sơ đồ tháp chọc thủng trong đài 2 cọc dưới cột bê tông cốt thép b. Tính toán chọc thủng đài cọc chịu lực lệch tâm Hình 3. Sơ đồ tháp chọc thủng khi bố trí cọc thành nhiều hàng Việc tính toán được tiến hành theo các công thức 2.2 Tính toán chọc thủng đài cọc do cọc biên gây ra tính toán chọc thủng của các đài chịu lực đúng tâm, nhưng khi đó lực chọc thủng tính toán lấy bằng Fper = Việc tính toán chọc thủng đài do cọc biên gây ra 2Fi , trong đó Fi là tổng phản lực của tất cả các cọc được thực hiện theo biểu thức sau: nằm ở một phía của trục cột ở phần chịu lực nhiều i m hơn trừ đi phản lực của các cọc nằm trong phạm vi (7) Fai R bt h01  u i i tháp chọc thủng ở cùng phía với trục cột. Trong i 1 trường hợp này, các phản lực của các cọc được tính trong đó: Fai là tải trọng tính toán lên một cọc biên có toán do lực dọc và mô men tác dụng tại tiết diện cột ở kể đến momen theo 2 phương, bao gồm cả ảnh mặt đài (tức là phản lực cọc sinh ra do lực dọc và mô hưởng của tải trọng cục bộ (ví dụ: do tường chèn); h01 men tác dụng tại mặt đài). là chiều cao tính toán của tiết diện trên đoạn đang kiểm tra, bằng khoảng cách từ đỉnh cọc đến mặt trên Khi các mô men tác dụng theo phương ngang và đài cọc; иi là giá trị trung bình của đáy trên và đáy phương dọc thì Fi được xác định theo từng phương dưới của mặt bên thứ i của tháp chọc thủng có chiều riêng biệt; trong tính toán lấy giá trị lớn hơn (tức là lấy cao h01, hình thành khi một cọc biên chọc thủng đài; i giá trị lớn hơn trong hai phương đang xét, phương là hệ số, được xác định theo biểu thức: i =k(h0i/c0i) nào có lực lớn hơn thì lấy giá trị đó). với k là hệ số, kể đến sự giảm khả năng chịu lực đài - Với đài 2 cọc chịu lực lệch tâm thì việc tính toán cọc ở vùng góc. chọc thủng do cột gây ra được tiến hành theo biểu Biểu thức (7) có thể được viết lại dưới dạng: thức (6), nhưng khi đó lực chọc thủng tính toán lấy c c bằng Fper=2Fi, trong đó Fi – phản lực của cọc chịu lực 02 01 (8) Fai R bt h01  1 b 02  2 b 01 lớn nhất do lực dọc N và mô men M tác dụng vào cột; 2 2 - Trường hợp đài có nhiều hàng cọc (hình 3) thì trong đó: 1=k1(h01/c01) và 2=k2(h01/c02); b01 và b02 là ngoài việc tính toán chọc thủng đài do cột gây ra theo khoảng cách từ các cạnh trong của các cọc biên đến tháp chọc thủng, các mặt bên của tháp đi từ mép các cạnh ngoài của đài cọc (hình 4); c01 và c02 là ngoài của cột đến các mép gần nhất của các cọc, cần khoảng cách từ mép trong của cọc biên đến mép cột phải kiểm tra chọc thủng của đài cọc do cột gây ra với gần nhất theo 2 phương; 1 và 2 là giá trị các hệ số giả thiết là sự chọc thủng xảy ra theo mặt tháp, hai được lấy theo bảng 1. hoặc tất cả 4 mặt của tháp nghiêng góc 45°; khi đó, Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 5
4. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Hình 4. Sơ đồ chọc thủng đài do các cọc biên Bảng 1. Giá trị các hệ số 1 và 2 h01/c0i i h01/c0i i h01/c0i i h01/c0i i 1 0,6 1,4 0,765 1,8 0,887 2,2 0,968 1,05 0,622 1,45 0,782 1,85 0,9 2,25 0,974 1,1 0,645 1,5 0,8 1,9 0,912 2,3 0,98 1,15 0,666 1,55 0,815 1,95 0,92 2,35 0,986 1,2 0,688 1,60 0,832 2 0,932 2,40 0,991 1,25 0,709 1,65 0,845 2,05 0,941 2,45 0,996 1,3 0,728 1,7 0,86 2,1 0,951 2,5 1 1,35 0,746 1,75 0,875 2,15 0,96 2.3 Tính toán độ bền trên tiết diện nghiêng của đài làm việc trong tiết diện đang xét của đài cọc; с là cọc chịu tác dụng của lực cắt chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng lấy bằng khoảng cách từ mặt phẳng của các cạnh trong của Việc tính toán này thường bị bỏ qua trong thực tế các cọc đến mép trong gần nhất của cột, xem hình thiết kế. Việc tính toán độ bền trên tiết diện nghiêng 5a; Giá trị h /c lấy không nhỏ hơn 0,4 tương ứng với của đài cọc chịu tác dụng của lực cắt được tiến hành 0 Q = 0,6bh R và không lớn hơn 1,67 tương ứng với theo biểu thức: min 0 bt Qmax = 2,5bh0Rbt. h0 Q 1,5 bh R (9) Khi bố trí cọc nhiều hàng trong đài, việc tính toán 0 bt c độ bền tiết diện nghiêng chịu tác dụng của lực cắt trong đó: Q=Fi là tổng phản lực của các cọc nằm được tiến hành theo các tiết diện đi qua các mép ngoài phạm vi của phần đài cọc chịu lực lớn hơn có trong của cọc tương ứng với mỗi hàng cọc (hình 5b). kể đến giá trị momen uốn lớn hơn; b là chiều rộng đáy đài cọc; Rbt như trong biểu thức (1); h0 là chiều cao 6 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
5. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Hình 5. Các sơ đồ tính toán độ bền trên tiết diện nghiêng của đài theo lực cắt 2.4 Ví dụ tính toán cọc khoan nhồi đường kính D = 0,6 m (theo [5] có thể quy đổi tương đương thành cọc vuông có cạnh = 0,89 Bài toán thiết kế đài gồm 8 cọc; kích thước đài D  0,9 D (tức là có tiết diện tương đương 0,54×0,54 3×6,6 m, tiết diện cột 1×1 m; chiều cao đài 2 m; bê m); phản lực các cọc như trên hình 6. tông đài cọc sử dụng: B30 (M400) có Rbt = 1,2 (MPa); Hình 6. Sơ đồ phản lực đầu cọc Đơn vị thiết kế tính toán với đài cọc này là đủ khả cắt đang xét tới đáy tháp đâm thủng, [Q] là lực cắt năng chịu chọc thủng, trong khi đơn vị thẩm tra tính giới hạn mà đài chịu được. toán và cho kết quả (với kích thước và cách bố trí - Điều kiện cột chọc thủng đài cọc xác định theo như trên hình 6) đài cọc không đủ chịu cắt trên tiết công thức: P <= [P] = [ 1×(bc+C2) + 2×(hc+C1)]× diện nghiêng và đài bị chọc thủng. 2](1/2) h0×Rbt trong đó 1 = 1,5×[1+(h0/C1) , 2 = 2](1/2) Đơn vị thẩm tra tính toán theo các công thức 1,5×[1+(h0/C2) , P là lực chọc thủng bằng tổng chưa phù hợp với yêu cầu của [1] như sau: phản lực của cọc nằm ngoài phạm vi của đáy tháp chọc thủng, [P] là lực cắt giới hạn mà đài cọc có thể - Khả năng chịu cắt của đài trên tiết diện nghiêng chịu được. xác định theo công thức: Q [Q] = ×Rbt×btb×h0, trong 2 (1/2) đó =0,7×[1+(h0/C) ] , btb là chiều rộng của tiết diện Bài toán của đơn vị thiết kế được tính toán dựa chịu cắt, C là khoảng cách theo phương ngang từ mặt trên các công thức (6), (8) và (9) và sơ đồ như trên hình 7 như sau: Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 7
6. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Hình 7. Sơ đồ chọc thủng đài do cột gây ra Cọc khoan nhồi đường kính D = 0,6 m tương Fper =276+286+292+294+240+252+259+261)×10 Fper đương với cọc vuông có tiết diện 0,54×0,54 m theo chỉ = 21600 (kN) dẫn trong [5]; c = 0,16 m; c = 0,16 m; h = 1 m; b = 1 2 col col Khả năng chống chọc thủng của đài cọc khi xảy ra 1 m; b = 3 m; a = 6,6 m; h = 2 m; h = 1,85 m; = 1. 0 chọc thủng do cột gây ra được xác định như sau: a. Tính toán chọc thủng đài cọc do cột gây ra Vế phải của biểu thức (6): Tổng lực chọc thủng Fper tính toán bằng tổng phản lực của các cọc ngoài phạm vi dưới đáy tháp chọc thủng: h 2R0 b c h h c b b bt c col2 0 col 1 col 1 2 1,2 103 1,85/0,16 1 0,16 1,85 1 0,16 3 1 65120(kN ) 1 Như vậy Fper = 21600 (kN) 2,5); b01 = 0,87 m; b02 = 0,87 m. Khả năng chống chọc thủng của đài cọc do cọc biên được xác định như sau: 8 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
7. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Hình 8. Sơ đồ chọc thủng đài do cọc biên gây ra Vế phải của công thức (8): c02 c 01 R h b  b 3 bt 01 1 02 2 01 1,2 10 0,6 0,87 0,16/2 1 (0,87 1,93/2) 2 2 5339kN Fai = F8 = 2940 (kN) < 5339 (kN). Vậy đài cọc đảm bảo khả năng chịu chọc thủng do cọc biên. c. Tính toán độ bền trên tiết diện nghiêng của đài cọc chịu tác dụng của lực cắt Sơ đồ tính toán như trên hình 9. Hình 9. Sơ đồ tính toán độ bền trên tiết diện nghiêng của đài cọc chịu tác dụng của lực cắt Với sơ đồ bố trí cọc như trên hình 9 sẽ có 2 tiết mô men uốn lớn hơn: Q1=F1 = 2940 + 2610 = 5550 diện nghiêng xuất phát từ mép cột đến mép hai hàng (kN). cọc. Các thông số: C1 = 1,93 m; h01 = 1,85; b = 3 m. - Xét tiết diện nghiêng thứ nhất: Tỷ số h01/C1 = 0,958 nằm trong khoảng 0,4 đến Tổng các phản lực các cọc nằm ngoài phạm vi 1,67, do đó khả năng chịu cắt tính toán tại tiết diện của phần đài cọc chịu lực lớn hơn có kể đến giá trị nghiêng thứ nhất tính theo vế phải công thức (9): h 01 3 1,85 kN 1,5bh0 Rbt 1,531,851,210 9576 C1 1,93 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 9
8. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG h01 Vì Q1 = F1 = 5550 (kN) 1,67. TÀI LIỆU THAM KHẢO Khả năng chịu cắt tính toán tại tiết diện nghiêng 1. TCVN 5574:2012, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. thứ hai bằng: Tiêu chuẩn thiết kế. 3 2,5 bh0Rbt = 2,5×3×1,85×1,2×10 =16650 (kN) 2. TCXDVN 356:2005, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Tiêu chuẩn thiết kế. Vì Q2= 11060 (kN) < 2,5bh0Rbt = 16650 (kN) nên đài cọc đảm bảo độ bền trên tiết diện nghiêng thứ hai. 3. Hướng dẫn tính toán kết cấu bê tông và bê tông cốt Qua ví dụ có thể nhận thấy, việc tính toán theo thép theo TCXDVN 356:2005. các công thức chuẩn của [5] cho kết quả đạt yêu cầu 4. SNIP2.03.01-84, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - về chọc thủng do cột, do cọc biên gây ra và độ bền Tiêu chuẩn thiết kế. trên tiết diện nghiêng của đài cọc chịu tác dụng của 5. Пособие по проектированию железобетонных lực cắt vẫn đảm bảo, trong khi kết quả của quan điểm ростверков свайнных фундаментов под колонн tính toán không theo [5], tức là không tuân thủ [1], зданий и сооружений (к СНиПу 2.03.01-84) (Hướng không đạt yêu cầu. dẫn thiết kế đài cọc bê tông cốt thép của móng cọc 3. Kết luận dưới cột nhà và công trình), 1985. Việc tính toán độ bền của đài cọc bê tông cốt thép Ngày nhận bài: 04/6/2015. toàn khối tưởng như đơn giản và không có vấn đề gì Ngày nhận bài sửa lần cuối: 25/8/2015. . 10 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
9. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG XÁC ĐỊNH TUỔI THỌ CÒN LẠI CỦA NHÀ VÀ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG PGS.TS. NGUYỄN XUÂN CHÍNH Viện KHCN Xây dựng ThS. CAO XUÂN HIỂN Trường Đại học Huế Tóm tắt: Bài báo này giới thiệu tóm tắt một số - Mức II (mức trung bình) tính toán có sử dụng phương pháp xác định tuổi thọ còn lại của nhà và phương pháp bán xác suất; công trình xây dựng, theo đó có thể áp dụng để xác - Mức III (mức cao) tính toán có áp dụng lý thuyết định tuổi thọ còn lại của cấu kiện, bộ phận kết cấu xác suất với các biến ngẫu nhiên có phân bố bất kỳ. hoặc của công trình nói chung. Xác định tuổi thọ còn lại của công trình theo 1. Mở đầu phương pháp tiền định không theo một công thức Xác định tuổi thọ còn lại của nhà và công trình xây chính xác mà thường phải chọn một đa thức có nhiều dựng là nhiệm vụ rất cần thiết nhằm bảo đảm được bậc khác nhau. Đa thức có bậc thấp cho kết quả kém độ an toàn sử dụng của chúng. chính xác, đa thức bậc cao cho kết quả tốt hơn nhưng cũng không phản ánh được sự biến động của các Theo một số tài liệu thống kê khoảng 80% các tham số theo thời gian. trường hợp xảy ra sự cố của các công trình xây dựng là do con người gây ra kể từ giai đoạn thiết kế, thi Sử dụng phương pháp xác suất yêu cầu phải có công và khai thác sử dụng công trình. lượng số liệu đủ lớn về tải trọng và tác động, vật liệu của kết cấu. Với số lượng thông tin lớn sẽ bảo đảm Bảo đảm được độ tin cậy của công trình là bảo được độ tin cậy của việc đánh giá và kết luận về tuổi đảm an toàn và tuổi thọ của chúng theo yêu cầu của thọ còn lại của công trình. tiêu chuẩn thiết kế. Độ tin cậy của công trình xây dựng là khả năng đáp ứng của công trình theo các Một số vấn đề cơ bản khi tiếp cận theo phương yêu cầu của tiêu chuẩn trong thời gian quy định về pháp xác suất là: khả năng chịu lực, độ bền, độ ổn định và biến dạng. - Xem các điều kiện bên ngoài tác động lên kết cấu Đánh giá độ tin cậy của kết cấu xây dựng đang sử là các quá trình ngẫu nhiên; dụng thông qua kết quả khảo sát kỹ thuật, từ kết quả - Kết cấu bị phá hủy là hậu quả của quá trình tích khảo sát tiến hành tính toán đánh giá tình trạng kỹ lũy hư hỏng; thuật hiện tại của công trình để xác định tuổi thọ còn lại, trên cơ sở đó đưa ra quyết định tiếp tục sử dụng, - Đánh giá trạng thái kỹ thuật của kết cấu trên cơ sửa chữa hay phá bỏ. sở số liệu khảo sát thực tế có xét đến biến động ngẫu nhiên của các thông số tải trọng, tác động và vật liệu. Khái niệm tuổi thọ còn lại của nhà và công trình xây dựng được hiểu là thời gian (thường được tính Cách tiếp cận này được thực hiện trên cơ sở các yêu bằng năm) từ thời điểm đánh giá đến khi công trình cầu và quy định của tiêu chuẩn hoặc hồ sơ thiết kế. đạt tới trạng thái giới hạn mà ở trạng thái giới hạn đó Tuổi thọ còn lại của kết cấu được xác định thông công trình không thể tiếp tục sử dụng nếu không qua một số thông số chủ yếu của kết cấu mà các được tiến hành gia cường hoặc sửa chữa lớn. thông số này cho thấy kết cấu tiến đến trạng thái giới 2. Một số phương pháp tính tuổi thọ còn lại hạn hoặc mất khả năng chịu lực. Tính toán xác định tuổi thọ còn lại của công trình Trên cơ sở phân tích kết quả khảo sát hay đánh xây dựng có thể thực hiện ở các mức độ chính xác giá chuyên gia, cũng như kinh nghiệm thực tế trong khác nhau: quá trình sử dụng để đi đến quyết định kéo dài việc sử dụng công trình hoặc thực hiện việc gia cường, - Mức I (mức thấp) là tính theo các phương pháp sửa chữa cần phải tiến hành xác định tuổi thọ còn lại tiền định; của công trình. Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 11
10. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Để xác định được tuổi thọ còn lại của công trình Thời gian sử dụng của công trình từ đầu đến khi cần có các điều kiện sau: tiến hành sửa chữa lớn tính bằng năm: - Có các thông số trạng thái kỹ thuật của công 0,16 T (4) trình;  - Có các thông số biểu thị các hư hỏng hiện tại của b. Tính tuổi thọ còn lại của công trình theo cường độ [2] công trình; Tuổi thọ còn lại theo tiêu chí trạng thái giới hạn - Xác định tiêu chí trạng thái giới hạn mà công trình được xác định theo: đạt tới khi hư hỏng tiếp diễn. Ví dụ: Tiêu chí để tính ()t    toán tuổi thọ còn lại của nhà khung thép là: b Tk (5)  + Hao mòn hữu hình; trong đó: + Ăn mòn thép;  ()t - giới hạn cường độ ở thời điểm khảo sát; + Cường độ của thép có xét đến hư hỏng và tác b động của nhiệt độ;   - giới hạn cường độ theo tính toán; + Tác động mỏi.  - tốc độ suy giảm tính chất cơ lý; Tính toán tuổi thọ còn lại có thể thực hiện theo một b  b ()t  (6) hoặc một số tiêu chí. Nói chung tuổi thọ còn lại của t công trình theo một hay một số tiêu chí cần dựa vào trong đó: yêu cầu về độ chính xác của việc dự báo độ dự trữ hay rủi ro của công trình trong thời gian sử dụng tiếp  b - cường độ giới hạn tiêu chuẩn theo. t – Thời gian sử dụng công trình từ đầu đến thời điểm 2.1 Tính toán tuổi thọ còn lại theo tiêu chí của khảo sát, đơn vị: năm trạng thái giới hạn [2]; [4] c. Tính tuổi thọ còn lại của kết cấu thép do bị ăn mòn [2] a. Tính tuổi thọ còn lại căn cứ vào hao mòn hữu hình Tuổi thọ còn lại của kết cấu nhà do ăn mòn được – đánh giá tổng hợp hư hỏng của công trình theo tính theo công thức: công thức: SS u  (7)    Tk  1 1 2 2 i i (1) t 1 2 i trong đó: trong đó: 1, 2 ,  i - giá trị hư hỏng lớn nhất theo loại kết cấu; Su – chiều dày thực tế nhỏ nhất của cấu kiện chịu lực, mm; 1, 2 i - hệ số tầm quan trọng theo loại kết cấu. SΦ – chiều dày ăn mòn, mm; Đánh giá tương đối về hư hỏng của công trình t - thời gian sử dụng công trình từ đầu đến thời theo công thức: điểm khảo sát, đơn vị: năm  1  (2) d. Tính tuổi thọ còn lại do mỏi [2] Hao mòn thường xuyên xác định theo số liệu Tc= Ts× [N] / Ns (8) quan trắc căn cứ vào sự thay đổi khả năng chịu lực trong đó: vào thời điểm khảo sát. T – thời gian sử dụng công trình từ đầu, đơn vị: năm; ln  s  (3) [N] – số chu kỳ tải cho phép; t trong đó: t - thời gian khai thác sử dụng (năm) ở Ns – số chu kỳ tải trong thời gian sử dụng. thời điểm khảo sát. 12 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
11. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Theo kết quả tính toán tuổi thọ còn lại cho phép f – hệ số tin cậy của tải trọng; đánh giá tuổi thọ của cấu kiện, bộ phận kết cấu hoặc n – hệ số tầm quan trọng. toàn bộ công trình. Khi tính theo một số tiêu chí thì kết quả được kết luận theo giá trị thấp nhất. Các hệ số này được lấy theo tiêu chuẩn. 2.2 Tính tuổi thọ còn lại của nhà và công trình xây - Ảnh hưởng của khuyết tật và hư hỏng đến độ tin dựng theo các hệ số tin cậy [5]; [4] cậy của kết cấu được đánh giá thông qua hệ số độ tin cậy tiêu chuẩn K0 . - Xác định hệ số tin cậy tiêu chuẩn: Hệ số độ tin cậy của kết cấu đang sử dụng xác K     (9) 0 m c f n định theo công thức: trong đó: K=K0.y (10) m – hệ số tin cậy của vật liệu; trong đó: y – hệ số giảm độ tin cậy của kết cấu ở thời điểm khảo sát (độ tin cậy tương đối) cho trong bảng 1. c – hệ số điều kiện làm việc của kết cấu; Bảng 1. Phân loại tình trạng kỹ thuật của công trình xây dựng [4] Phân loại Độ tin cậy Mức độ hư tình trạng Mô tả tình trạng kỹ thuật tương đối: y hỏng: kỹ thuật Không có hư hỏng, tình trạng kỹ thuật bình thường. Đáp ứng các 1 1 0 yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế. Đáp ứng yêu cầu sử dụng, khả năng chịu lực theo trạng thái giới hạn thứ hai(độ võng, bề rộng vết nứt ) có thể bị vi phạm nhưng 2 0,95 0,05 vẫn đảm bảo sử dụng bình thường song cần có biện pháp chống ăn mòn và sửa chữa các hư hỏng nhỏ. Chưa đáp ứng hoàn toàn yêu cầu sử dụng. Khả năng làm việc có 3 hạn chế. Tồn tại hư hỏng làm giảm khả năng chịu lực. Để tiếp tục 0,85 0,15 sử dụng cần tiến hành sửa chữa nhỏ. Không đáp ứng yêu cầu sử dụng. Tồn tại hư hỏng ảnh hưởng đến 4 0,75 0,25 khai thác sử dụng. Yêu cầu sửa chữa lớn mới đưa vào sử dụng. Tình trạng nguy hiểm. Tồn tại hư hỏng có thể dẫn đến phá hủy kết 5 cấu. Yêu cầu giảm tải khẩn cấp và có biện pháp chống đỡ kịp thời. 0,65 0,35 Khoanh vùng nguy hiểm. - Chấp nhận quy luật thay đổi hệ số dự trữ theo 3. Một số lưu ý khi tiến hành xác định tuổi thọ còn đường parabol bậc hai, độ an toàn hay độ dự trữ của lại của công trình xây dựng kết cấu, nhà, công trình được tính theo công thức: - Xem xét công trình theo nguyên tắc “an toàn sử dụng theo trạng thái kỹ thuật”, có nghĩa là việc đánh (K0 1) TTu (11) giá trạng thái kỹ thuật của công trình được thực hiện ()KK0 theo các thông số kỹ thuật, bảo đảm độ tin cậy và an trong đó: toàn sử dụng của các tiêu chuẩn và hồ sơ thiết kế. T – độ dự trữ của kết cấu, nhà hay công trình ở u - Phụ thuộc vào tiêu chí của trạng thái giới hạn và thời điểm đưa vào sử dụng; điều kiện sử dụng công trình, các thông số kỹ thuật T – thời gian sử dụng kết cấu ở thời điểm khảo sát; cần thiết là: K – hệ số độ tin cậy của kết cấu khi sử dụng; + Các đặc trưng của vật liệu như giới hạn chảy, giới hạn bền, độ cứng, độ bền chống nứt, giới hạn K0 – hệ số độ tin cậy tiêu chuẩn. bền mỏi, độ bền lâu, từ biến, thành phần hóa học, vi - Tuổi thọ còn lại của kết cấu, nhà và công trình cấu trúc, (Trs) đến khi xẩy ra trạng thái giới hạn mà ở trạng thái + Các hệ số an toàn về độ bền (theo giới hạn đó công trình không thể tiếp tục sử dụng nếu không chảy, giới hạn bền, độ bền lâu, từ biến, bền chống được gia cường hay tiến hành sửa chữa lớn, được nứt, ổn định; tính theo công thức: Trs= Tu – T (11) + Các thông số công nghệ (nhiệt độ, áp lực, các thông số rung động, chế độ làm việc, v.v ). Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 13
12. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG - Đánh giá các thông số trạng thái kỹ thuật và lựa thiết bị bảo đảm độ chính xác cùng với kinh nghiệm chọn thông số cần thực hiện theo kết quả phân tích của các chuyên gia trong lĩnh vực này. hồ sơ kỹ thuật, khảo sát, các số liệu sử dụng dự báo TÀI LIỆU THAM KHẢO trong việc đánh giá; 1. G.K SAMIGULLIN, M.M. SULTANOV Determination - Xem xét, so sánh với hồ sơ kỹ thuật có thể đưa residual resource of industrial buildings and facilities at ra các tiêu chí bổ sung để xác định tuổi thọ còn lại của refineries. công trình; 2. Голубев К.В, Шестакова Е.А. Особенности - Mục đích của việc phân tích hồ sơ kỹ thuật là определения остаточного ресурса зданий и xác định các thông số kỹ thuật, trạng thái giới hạn, сооружений исторической застройки. No 1/2015 làm rõ các hư hỏng có thể xẩy ra với kết cấu cũng Технические науки. như các cấu kiện, bộ phận kết cấu mà hư hỏng sẽ dẫn tới trạng thái nguy hiểm; 3. РД 09-102-95 Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально - Các tài liệu sử dụng để phân tích, đánh giá bao опасных объектов, поднадзорных gồm: các tiêu chuẩn kỹ thuật, hồ sơ thiết kế, hồ sơ thi Госгортехнадзору России. công nghiệm thu cũng như hồ sơ thi công sửa chữa. 4. ЦНИИпромзданий № 2001 Рекомендации по оценке 4. Kết luận надежности строительных конструкций зданий и Bài viết chỉ mới giới thiệu tóm lược một số сооружений по внешним признакам. phương pháp tính tuổi thọ còn lại của nhà và công 5. Н.П. Соснин К вопросу об оценке остаточного trình xây dựng, để xác định được tuổi thọ còn lại của ресурса зданий и сооружений. công trình đòi hỏi việc khảo sát, đánh giá công trình phải được tiến hành có cơ sở khoa học với các trang Ngày nhận bài: 22/7/2015. Ngày nhận bài sửa lần cuối: 13/8/2015. 14 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
13. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG TÍNH TOÁN, KIỂM TRA, SỬ DỤNG VÁCH KÍNH TRONG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Ở VIỆT NAM ThS. ĐỖ THIỀU QUANG Ban QLDA ĐTXD Nhà Quốc hội và Hội trường Ba Đình (mới) PGS. TS. TRẦN CHỦNG, TS. VŨ THÀNH TRUNG Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Việc sử dụng vật liệu kính trong các công Tuy nhiên, hiện nay chưa có một hệ thống hoàn trình xây dựng, đặc biệt là vách kính ngày càng phổ chỉnh các tiêu chuẩn tính toán, lựa chọn, thí nghiệm, biến ở Việt Nam, đem lại nhiều lợi ích về thẩm mỹ, sử bảo trì, đánh giá về vách kính phù hợp với điều kiện dụng. Mặc dù là bộ phận bao che, ngăn chia không tự nhiên, vật liệu và điều kiện sử dụng của nước ta. gian cho công trình xây dựng, bên cạnh việc đảm bảo Phần lớn vách kính tại các công trình xây dựng ở Việt thẩm mỹ, kiến trúc, vách kính còn phải thiết kế đảm Nam được thiết kế sử dụng như một cấu kiện kiến bảo khả năng chịu tải trọng và tác động giống như trúc hay trang trí, chưa có tính toán đầy đủ trên yêu các kết cấu khác. Tính năng của các loại kính đang cầu sử dụng về khả năng chịu lực, hiệu quả truyền ngày càng được cải thiện/nâng cao. Tuy nhiên, hệ sáng, cách âm, cách nhiệt, chịu lửa, Việc tính toán, thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kính xây dựng hiện hành kiểm tra, sử dụng vách kính trong công trình xây dựng của Việt Nam chưa đầy đủ. Vì vậy bài báo này đề cập ở Việt Nam cũng còn tùy thuộc chủ đầu tư (nguồn đến thực trạng việc tính toán, kiểm tra và sử dụng vốn) và đơn vị thiết kế (quen thuộc với hệ thống tiêu vách kính trong công trình xây dựng ở Việt Nam trong chuẩn nào), trong khi phần lớn nhà thầu chưa có đầy thời gian gần đây. đủ năng lực, kinh nghiệm để đề xuất các giải pháp an toàn, hiệu quả cho vách kính. Từ khóa: Vách kính, kính, khung kính, mặt đứng, quy chuẩn, tiêu chuẩn kính xây dựng. Tình trạng sử dụng theo nhu cầu thẩm mỹ, trào lưu, thiếu các tính toán chịu lực, môi trường, điều kiện 1. Mở đầu sử dụng đã dẫn đến các tác hại không nhỏ như: kính Vách kính được sử dụng ngày càng nhiều trong vỡ (một số trường hợp không rõ nguyên nhân) làm các công trình xây dựng trên thế giới cũng như tại mất an toàn cho công trình cũng như xung quanh, ô Việt Nam. Với các công trình hiện đại, nhiều tầng, quy nhiễm ánh sáng, môi trường không tiện nghi, năng mô lớn, bên cạnh vẻ đẹp thẩm mỹ, việc sử dụng vách lượng sử dụng không hiệu quả, Trong các hậu quả kính có diện tích lớn là một trong những xu hướng nổi kể trên, phổ biến là kính vỡ, điều kiện sử dụng/môi bật ở Việt Nam, nhưng phải xem xét đến việc đảm trường bên trong công trình không đảm bảo (hình bảo môi trường bên trong nhà, vấn đề tiết kiệm năng 1,2,3). lượng tích hợp với nhiều tính năng mới khác sao cho việc sử dụng an toàn và hiệu quả. Hình 1. Kính vỡ là hiện tượng thường thấy ở các công trình có vách kính Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 15
14. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Trên thế giới có công trình chưa xây dựng xong vách kính mặt đứng bị gió giật tung. Trung tâm Dự đã phải điều chỉnh lại vách kính do ô nhiễm ánh sáng, báo khí tượng thủy văn Trung ương cho biết số liệu là nguyên nhân gây ra việc nung chảy các vật thể đối quan trắc tại 2 trạm Láng và Hà Đông cho thấy cơn diện với vách kính [10]. Mới đây nhất, cơn giông chiều giông chiều 13/6 tại Hà Nội có sức gió giật lên tới cấp ngày 13/6/2015 tại Hà Nội làm vỡ nhiều cửa kính nhà 8, cấp 9, tương đương bão [5,6]. nhiều tầng, có công trình (125D Minh Khai) toàn bộ a. Ngôi nhà "The Walkie Talkie Building" b. Ôtô bị nung chảy Hình 2. Ngôi nhà "The Walkie Talkie Building" (20 Fenchurch St, London) nung chảy các vật thể đối diện (xe ôtô trong hình bên phải) (theo www.cityam.com) Hình 3. Toàn bộ phần kính mặt đứng tòa nhà tại 125D Minh Khai, Hà Nội bị rơi xuống đất (ảnh chụp sau cơn giông ngày 13/6/2015) Vì vậy, bài báo này trình bày tổng quan về việc liên quan đến lựa chọn kích thước kính chủ yếu dùng tính toán, kiểm tra, sử dụng vách kính trong công trình cho kính đơn, một số tiêu chuẩn có đề cập đến kính xây dựng ở Việt Nam hiện nay; tham khảo tiêu chuẩn tổ hợp song không đầy đủ, và hình thành dưới dạng của một số nước/khu vực trên thế giới và đề xuất các biểu đồ tra khó áp dụng và chỉ xét với tải trọng gió (áp kiến nghị nhằm đảm bảo chất lượng, an toàn và hiệu lực gió tối đa 5 kPa). Chưa có tiêu chuẩn, hướng dẫn quả khi sử dụng vách kính cho các công trình xây về vách kính, mà chỉ đề cập chung chung đến việc lắp dựng tại Việt Nam. đặt trong Tiêu chuẩn TCVN 7505:2005. 2. Hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn về kính xây Các tiêu chuẩn về kính xây dựng hiện hành ở Việt dựng Nam phần lớn được xây dựng trên cơ sở chuyển dịch, tham khảo từ các tiêu chuẩn nước ngoài, trong Trong hệ thống tiêu chuẩn của Việt Nam hiện nay đó có ISO (Quốc tế), ASTM (Hoa Kỳ), EN (Châu Âu), có gần 30 tiêu chuẩn và quy phạm về kính xây dựng AS (Úc), BS (Anh), JIS (Nhật Bản) (xem bảng 1). hiện hành, nội dung chủ yếu quy định về vật liệu kính, gia công, lắp đặt, một số thử nghiệm lý tính. Nội dung 16 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
15. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Bảng 1. Danh mục tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành về kính xây dựng Số hiệu tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn Tiêu chuẩn viện dẫn/tham chiếu Kính tấm xây dựng. Kính nổi. Yêu cầu kỹ thuật TCVN 7218:2002 1 Sheet glass for construction. Clear float glass. Specifications Kính tấm xây dựng. Phương pháp thử Sheet glass for construction. Method of test ISO 9050 Glass in building- Determination of light TCVN 7219:2002 2 transmittance, solar direct transmittance, total energy transmittance and ultraviolet transmittance, and related glazing factors Kính xây dựng. Kính dán nhiều lớp và kính dán an toàn nhiều lớp. Phần 1: Định nghĩa và mô tả các TCVN 7364-1:2004 vật liệu thành phần 3 Glass in building. Laminated glass and laminated ISO 12543-1:1998 Glass in safety glass. part 1: Definitions and description of building-Laminated glass and component parts laminated safety glass Kính xây dựng. Kính dán nhiều lớp và kính dán an toàn nhiều lớp. Phần 2: Kính dán an toàn nhiều TCVN 7364-2:2004 lớp 4 Glass in building. Laminated glass and laminated safety glass. Part 2: Laminated safety glass Kính xây dựng. Kính dán nhiều lớp và kính dán an toàn nhiều lớp. Phần 3: Kính dán nhiều lớp TCVN 7364-3:2004 5 Glass in building. Laminated glass and laminated safety glass. part 3: Laminated glass Kính xây dựng. Kính dán nhiều lớp và kính dán an toàn nhiều lớp. Phương pháp thử độ bền TCVN 7364-4:2004 6 Glass in building. Laminated glass and laminated safety glass. Part 4: Test methods for durability Kính xây dựng. Kính dán nhiều lớp và kính dán an toàn nhiều lớp. Phần 5: Kích thước và hoàn thiện TCVN 7364-5:2004 cạnh sản phẩm 7 Glass in building. Laminated glass and laminated safety glass. Part 5: Dimensions and adge finishing Kính xây dựng. Kính dán nhiều lớp và kính dán an toàn nhiều lớp. Phần 6: Ngoại quan TCVN 7364-6:2004 8 Glass in building. Laminated glass and laminated safety glass. Part 6: Appearance Kính xây dựng - Kính dán an toàn nhiều lớp - Phương pháp thử độ bền va đập TCVN 7368:2013 Glass in building - Laminated safety glass - Test JIS R 3205:2005 Laminated glass 9 methods for impact resistance AS/NZS 2208:1996 Safety glazing materials in buildings Kính xây dựng - Kính phẳng tôi nhiệt TCVN 7455:2013 10 Glass in building - Heat treated glass Kính xây dựng. Kính cốt lưới thép TCVN 7456:2013 11 Glass in building. Wired glass Quy phạm sử dụng kính trong xây dựng. Lựa TCVN 7505:2005 chọn và lắp đặt 12 Code of practice for application of glass in building. Selection and installation Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 17
16. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Số hiệu tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn Tiêu chuẩn viện dẫn/tham chiếu Kính xây dựng. Định nghĩa và phân loại TCVN 7526:2005 13 Sheet glass in building. Definitions and classification TCVN 7527:2005 Kính xây dựng. Kính cán vân hoa 14 Glass in building. Rolling patterned glass Kính xây dựng. Kính phủ phản quang ISO 9050:2003 Glass in building- Determination of light TCVN 7528:2005 15 transmittance, solar direct Glass in building. Solar reflective coated glass transmittance, total energy transmittance and ultraviolet transmittance, and related glazing factors Kính xây dựng. Kính màu hấp thụ nhiệt ISO 9050:2003 Glass in building- Determination of light TCVN 7529:2005 16 transmittance, solar direct Glass in building. Heat absorbing tint glass transmittance, total energy transmittance and ultraviolet transmittance, and related glazing factors Kính gương - Kính gương tráng bạc bằng phương pháp hóa học ướt - Yêu cầu kỹ thuật TCVN 7624:2007 17 Mirrors - Mirrors from silver-coated float glass by wet-chemical technology - Specifications TCVN 7625:2007 Kính gương - Phương pháp thử 18 Mirrors - Method of test TCVN 7736:2007 Kính xây dựng - Kính kéo 19 Glass in building - Drawn sheet glass Kính xây dựng - Phương pháp xác định độ xuyên quang, độ phản quang, tổng năng lượng bức xạ mặt trời truyền qua và độ xuyên bức xạ tử ngoại ISO 9050:2003 Glass in building- TCVN 7737:2007 Determination of light 20 Glass in building - Method for determination of transmittance, solar direct light transmittance, light reflectance, total solar transmittance, total energy energy transmittance and ultraviolet transmittance transmittance and ultraviolet transmittance, and related glazing factors Kính xây dựng - Kính hộp gắn kín cách nhiệt TCVN 8260:2009 21 JIS R 3209:1998 Sealed Glass in building - Sealed in insulating glass insulating glass Kính xây dựng - Phương pháp thử - Xác định ứng suất bề mặt và ứng suất cạnh của kính bằng phương pháp quang đàn hồi không phá hủy sản phẩm TCVN 8261:2009 ASTM C1279-05 Standard test 22 method for non-destructive Glass in building - Test method for non-destructive photoelastic measurement of photoelastic measurement of surface and edge edge and surface stresses in stresses in flat glass annealed, heat-strengthened and fully tempered flat glass Kính xây dựng - Hướng dẫn lắp đặt kính đảm bảo AS 1288-1989 Glass in buildings - 23 TCVN 8647:2011 an toàn Selection and installation BS EN 357:2004 Glass in building - Fire resistant glazed Kính xây dựng - Các kết cấu kiến trúc có lắp kính 24 TCVN 8648:2011 elements with transparent or - Phân loại theo khả năng chịu lửa translucent glass products - classification of fire resistance 18 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
17. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Số hiệu tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn Tiêu chuẩn viện dẫn/tham chiếu Kính xây dựng - Xác định hệ số truyền nhiệt (U) - BS EN 673:1998 25 TCVN 9502:2013 phương pháp tính GOST 30733:2000 Hard coating low emissivity glass - Specification 26 TCVN 9808:2013 Kính xây dựng - Kính phủ bức xạ thấp GOST 31364:2007 Soft coating low emissivity glass - Specification Do thiếu hệ thống tiêu chuẩn nghiên cứu tính toán Thông tin tại các trang web chính thức cho thấy hệ vách kính, nên trong một số trường hợp việc sử hệ thống tiêu chuẩn về vách kính cũng như vật liệu dụng các tiêu chuẩn trên thế giới áp dụng tại Việt kính xây dựng của Việt Nam hiện nay còn sơ sài so Nam dẫn đến sự không phù hợp, thiếu đồng bộ; và có với một số nước/khu vực trên thế giới (số liệu đến thể không tương thích với mô hình vật lý như việc tháng 7/2015) có áp dụng trên lãnh thổ Việt Nam tính toán tải trọng [1]. (xem bảng 2) [7-9,11-14]. Bảng 2. Số lượng tiêu chuẩn về vách kính/vật liệu kính xây dựng của một số nước/khu vực trên thế giới Số lượng tiêu chuẩn hiện hành Quốc gia / Khu vực Kính trong xây dựng Gia công, lắp đặt kính Vách kính (glass in buildings) (glazing) (curtain wall) Anh 127 160 13 Canada 119 3 10 148 8 Cộng đồng Châu Âu 44 193 272 Đức 132 Hoa Kỳ (ASTM) 30 51 20 ISO 27 28 12 12 Úc Các hệ tiêu chuẩn kể trên đều có riêng tiêu chuẩn áp dụng cho việc tính toán, lựa chọn và lắp đặt hệ vách kính (bảng 3). Bảng 3. Một số tiêu chuẩn hiện hành về tính toán kính/vách kính của một số nước trên thế giới Năm ban Quốc gia Tiêu đề Số hiệu hành Glass in building. Determination of the load Anh resistance of glass panes by calculation and testing BS EN 16612 6/2013 Canada Structural Design of Glass for Buildings CAN/CGSB-12.20-M89 12/1989 Standard Practice for Determining Load Resistance Hoa Kỳ of Glass in Building ASTM E 1300-12ae1 10/2012 Úc Glass in buildings - Selection and installation AS 1288-2006 1/2006 Bên cạnh các hệ thống tiêu chuẩn trên đây, một (Federal Emergency Management Agency), được số hiệp hội nhà nghề của các quốc gia nói trên còn có thừa nhận khi áp dụng trong thực tế. các hệ thống quy định chung, hướng dẫn liên quan Trong điều kiện tính năng kỹ thuật của vật liệu, đến việc tính toán, lựa chọn, thí nghiệm vách kính công nghệ gia công, biện pháp thi công, được cải cũng như kính xây dựng, ví dụ tại Hoa Kỳ: NFRC thiện liên tục, ngay hệ thống tiêu chuẩn của các (National Fenestration Rating Council), AAMA nước/khu vực kể trên cũng đang tiếp tục được hoàn (Americal Architectural Manufacturers Association), thiện, cập nhật phương pháp tính toán hệ vách kính NAFS (North American Fenestration Standard), FEMA nói chung và kính xây dựng nói riêng, (bảng 4). Bảng 4. Một số tiêu chuẩn tính toán vách kính đang được nghiên cứu, rà soát, hoàn thiện và cập nhật Quốc gia Tiêu đề Số hiệu Anh The load resistance of glass panes by calculation and testing BS EN 16612 Cộng đồng Châu Âu Design of glass panes prEN 13474 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 19
18. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Quốc gia Tiêu đề Số hiệu Revision of E 1300-12ae1 (Standard Practice for Determining Load Resistance of Glass in ASTM WK46776 Hoa Kỳ Building) New guide for Structural use of Glass in Buildings ASTM WK37764 Úc Glass in buildings - Selection and installation AS 1288-2006 3. Tính toán, thiết kế vách kính tại Việt Nam mặt tấm kính (bao gồm cả tải trọng bản thân ≤ 15 Trước thực trạng hệ thống tiêu chuẩn thiết kế của kPa), thời gian chịu tải ngắn hạn 3s (có hệ số chuyển Việt Nam còn sơ sài, năng lực của các đơn vị Tư vấn đổi sang các thời gian khác), kính phẳng hình chữ thiết kế trong nước còn hạn chế, phần lớn các công nhật được kê liên tục (tự do trượt) trên các cạnh (4 trình có sử dụng vách kính lớn là do Tư vấn thiết kế cạnh đối với kính hộp), xác suất vỡ kính 0,8%. nước ngoài thực hiện. Chủ đầu tư, Tư vấn thiết kế là Vật liệu kính nói riêng và hệ vách kính nói chung các chủ thể quyết định hệ tiêu chuẩn thiết kế được áp nhạy cảm với chuyển vị, biến dạng, trong khi ứng dụng cho công trình, thông thường Tư vấn thiết kế suất cho phép của vật liệu kính xây dựng có thể lên chọn các tiêu chuẩn quen thuộc với họ để thiết kế tới 50 MPa (FT – fully tempered). Điều đó dẫn tới các (việc thi công và nghiệm thu được trình bày trong yêu cầu đặc biệt khi tính toán, thiết kế hệ vách kính phần 4, 5 của bài báo này). Với các công trình có Tư cho công trình nhiều tầng chịu tải trọng ngang, trong vấn thiết kế nước ngoài, phần mặt đứng công trình đó tải trọng gió cục bộ là thường gặp và dễ gây hư (façade) thường được các công ty thiết kế chuyên hỏng hệ vách kính. nghiệp thực hiện. Trong khi hầu hết các công trình, có Vật liệu kính xây dựng có nhiều loại tùy theo mục sử dụng vách kính và do Tư vấn thiết kế trong nước đích sử dụng, do đó tính năng kỹ thuật và khả năng thực hiện, hệ vách kính thông thường được lựa chọn chịu lực hoàn toàn khác nhau (ví dụ kính tôi cường lực trên cơ sở yêu cầu của kiến trúc, thẩm mỹ mà không (tempered) có cường độ chịu uốn gấp 4 lần kính được tính toán đầy đủ, đồng bộ ngay cả với yêu cầu: thường (annealed) tương ứng là 165,5 MPa và 41,4 chịu lực, thẩm mỹ, tiện nghi môi trường (chiếu sáng, MPa. Các công trình thiết kế mới, hiện đại và có yêu cách âm, cách nhiệt). cầu chất lượng cao thường sử dụng kính tổ hợp (kính Các tính toán kết cấu về vách kính hiện nay hầu dán, kính hộp) để cải thiện tính năng, song các quy hết dựa trên các giả thiết về sự làm việc độc lập của định tính toán, thiết kế vẫn chưa theo kịp. Các nhà sản các thành phần cấu kiện tham gia vào hệ vách kính xuất vật liệu kính có uy tín trên thế giới thường công bố bao gồm: kết cấu chính của công trình, kết cấu phụ các thông số kỹ thuật về quang học, truyền nhiệt cho đỡ/liên kết vách kính, kết cấu lõi, hệ khung xương, các sản phẩm của mình và cung cấp một số công cụ kính và các phụ kiện [2]. Trình tự tính toán, kiểm tra tính toán, lựa chọn sản phẩm kèm theo. Thông số kỹ cũng được thực hiện tương ứng. thuật khác về cách âm, cách nhiệt, chịu va đập, đạn Xuất phát từ cách đặt vấn đề, tiếp cận và giải bắn chưa có tính toán chính thức, có thể phải thông quyết bài toán kết cấu hệ vách kính nói chung và kính qua thí nghiệm, đo đạc thực tế để xác định. nói riêng, các tiêu chuẩn hiện hành trên thế giới đưa Thực tế tải trọng tác động là tổ hợp của nhiều tải ra các phương pháp tính toán khác nhau; trong đó có trọng, các tải trọng tác động lên vách kính, ngoài tải cả phương pháp thực nghiệm (prEN 13474-3), trọng bản thân, còn là gió, nhiệt, ứng suất trong kính phương pháp lý thuyết (ASTM E1300-12ae1), cả tính hộp, sử dụng/bảo trì, va chạm, dịch chuyển, chuyển vị toán theo mô hình phi tuyến hay tuyến tính, cả theo lệch tầng, cháy, nổ, đạn bắn, động đất. Tổ hợp tải trạng thái giới hạn (ULS) (AS1288-2006) hoặc ứng trọng (combination) có thể không tuyến tính do tính suất cho phép (prEN 13474-3). Hệ thống biểu năng kỹ thuật của vật liệu khác nhau trong những đồ/bảng tra trong một số tiêu chuẩn hiện nay đang điều kiện nhất định, ví dụ với tấm kính dán cách nhiệt được áp dụng cho việc lựa chọn, xác định khả năng thì sự phân bố tải trọng (giữa các tấm kính) bị ảnh chịu tải của kính trong các điều kiện giới hạn nhất hưởng lớn bởi chênh lệch nhiệt độ trong điều kiện áp định, ví dụ như (ASTM E1300-12ae1): kính đặt đứng lực thấp [4]. Mặt khác, theo thời gian sử dụng vật liệu hoặc nghiêng (không áp dụng cho kính làm sàn, lan kính cũng có sự thay đổi về khả năng chịu lực [3]. can, dưới nước ), tải trọng (lực) phân bố đều trên bề 20 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
19. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Trong điều kiện thời tiết ngày càng khắc nghiệt, 4. Công tác kiểm tra, thí nghiệm vách kính có diễn biến bất ngờ thì việc nâng cao chất lượng Tại Việt Nam các thí nghiệm hệ vách kính được công trình thông qua giai đoạn thiết kế là một trong dựa trên các tiêu chuẩn nước ngoài, song còn khác những yêu cầu của quá trình phát triển bền vững và biệt giữa các hệ (tiêu chuẩn) khác nhau, việc sử dụng đáp ứng sự phát triển chung của xã hội. Việc xem xét, tiêu chuẩn đánh giá nào tùy thuộc vào khách hàng và tính toán các tải trọng tác động đến vách kính cần người thí nghiệm. Các thí nghiệm hệ vách kính thông được nghiên cứu, chuẩn hóa cho phù hợp với thực thường gồm các thí nghiệm kiểm tra tính năng kết cấu tế. Bên cạnh các tải trọng tác động lên hệ vách kính, (khung, kính), kiểm tra độ lọt khí, độ lọt nước trong việc tính toán cấu tạo các bộ phận liên kết như hệ các điều kiện áp lực tĩnh/động trong một số trường khung đỡ (frame/profile), gioăng, vật liệu chèn, liên hợp có thực hiện các thí nghiệm về chịu lửa, cách kết, để đảm bảo tính năng của cả hệ vách kính như âm. Bảng 5 dưới đây trình bày việc so sánh chỉ tiêu kín khí, kín nước, cách nhiệt, cách âm, đảm bảo tuổi chuyển vị tối đa cho phép của hệ vách kính khi thí thọ cũng cần được nghiên cứu, chuẩn hóa. nghiệm kiểm tra theo các tiêu chuẩn khác nhau. Bảng 5. So sánh chỉ tiêu đánh giá kết cấu hệ vách kính theo một số tiêu chuẩn Chuyển vị tối đa cho phép Điều kiện làm việc (Maximum Allowable Quy định cho Deflection) ASTM E 1300-12ae1 a / 175 Khung kính AS 1288-2006 Bản kê 2, 3, 4 cạnh a / 60 Congson h / 30 Kính BS 6262:1982 Kính đơn, kê 4 cạnh a / 125 Kính hộp, kê 4 cạnh a / 175 Kính prEN 13474-3:2009 Trừ khi có chỉ định khác a / 65 hoặc 50 mm Kính UBC 1994 (section 2404.2) a / 175 hoặc 19 mm Khung kính SBC 2012 (section 2403.3) a / 175 hoặc 19,1 mm Khung kính SS 212:2007 Kính đơn L / 125 Kính hộp L / 175 Khung kính Cửa cho nhà thấp hơn 10 m L / 150 TCVN 7505:2005 Cửa cho nhà cao hơn 10 m L / 240 Khung kính trong đó: bộ của hệ thống tiêu chuẩn cho quá trình triển khai dự a - chiều dài nhịp kê hoặc kích thước cạnh kính; án (thiết kế, thi công, thí nghiệm, nghiệm thu). L - khoảng cách thông thủy giữa 2 gối đỡ; 5. Công tác thi công, lắp đặt vách kính h - chiều cao lan can kính (hoặc chiều dài congson); Phần lớn các nhà thầu Việt Nam thi công, lắp đặt theo kinh nghiệm (thường không theo kịp sự phát triển prEN - bản dự thảo của European Standard (Châu Âu); của công nghệ, vật liệu) mà không có sự nghiên cứu, UBC - Uniform Building Code (Hoa Kỳ); đề xuất cho phù hợp điều kiện thực tế; hoặc gia công, SBC - Seattle Building Code (Hoa Kỳ); lắp đặt không đúng ý tưởng thiết kế (đặc biệt các chi SS - Singapore Standard (Singapore). tiết liên kết), giảm hiệu quả của sản phẩm, hệ vách Bên cạnh các chỉ tiêu kể trên, thông thường hệ kính, hao phí vật liệu cao. vách kính và vật liệu kính xây dựng tại Việt Nam còn Độ chính xác, chất lượng hệ vách kính không chỉ được yêu cầu thí nghiệm các chỉ tiêu: quang học (đo phụ thuộc vào bản thân nó mà còn bị ảnh hưởng bởi tại nước ngoài), khả năng chịu lửa, đo ứng suất bề sai số phần thô/kết cấu chính, trong khi đó hệ vách mặt/cạnh, đo cách âm, độ bền va đập (tại Việt Nam). kính (đặc biệt là vật liệu kính) có yêu cầu khắt khe về Bảng 5 cho thấy sự khác biệt giữa các hệ tiêu kích thước khi gia công, lắp đặt, các sai số thường chuẩn khi áp dụng, trường hợp vận dụng vào công phải nhỏ và không thể điều chỉnh/gia công lại. Do đó trình tại Việt Nam sẽ có mâu thuẫn trong việc đánh việc khảo sát, đề xuất giải pháp triển khai chi tiết là hết giá; đồng thời sẽ không đảm bảo sự vận dụng đồng sức quan trọng; bên cạnh đó vật liệu kính rất nhạy cảm Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 21
20. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG với các tác động bên ngoài và dẫn đến rủi ro, hao hụt Việc kiểm tra, thí nghiệm hệ vách kính cần gắn vật liệu lớn. Vật liệu kính chất lượng cao phải nhập từ với thực tế điều kiện tự nhiên, sử dụng của Việt Nam; nước ngoài, trong khi các dây chuyền gia công trong các tiêu chuẩn áp dụng cần đồng bộ, thống nhất từ nước chưa được đầu tư hiện đại/đồng bộ, thời gian thiết kế, thí nghiệm đến đánh giá. Lưu ý đến các tổ nhập khẩu dài do đó việc chuyển đổi/điều chỉnh trong hợp tải trọng bất lợi do tính chất vật liệu khác nhau. quá trình thi công thường rất phức tạp, tốn kém. Qua đó tổng hợp thành các quy trình, tiêu chuẩn áp Hệ vách kính là tổ hợp của nhiều loại vật liệu có dụng thống nhất trong cả nước. tính năng kỹ thuật, điều kiện sử dụng và lắp đặt khác Công tác gia công, lắp đặt và bảo trì cần được nhau; việc kiểm soát chất lượng/sai số trong từng nghiên cứu, chuẩn hóa để đảm bảo chất lượng hệ bước thi công là rất quan trọng. Trong khi đó tiêu vách kính, đồng thời có khả năng áp dụng các công chuẩn, quy định riêng cho hệ vách kính không đầy đủ, nghệ mới, hiện đại vào lĩnh vực xây dựng nói chung trên thực tế chỉ kiểm tra, nghiệm thu theo tiêu chuẩn và kết cấu/vật liệu xây dựng nói riêng. Thiết kế cần có hoàn thiện chung. chỉ dẫn kỹ thuật thi công và quy trình bảo trì sửa 6. Công tác bảo trì vách kính chữa; việc thi công, nghiệm thu và vận hành sau này cần tuân thủ các chỉ dẫn kỹ thuật này. Các hệ vách kính lớn hiện nay mới đưa vào sử dụng ở Việt Nam, thời gian sử dụng chưa nhiều, các TÀI LIỆU THAM KHẢO khuyết tật/xuống cấp bộc lộ chưa hết. Hiện nay việc 1. Nguyễn Mạnh Cường, Đỗ Hoàng Lâm, Nguyễn Hồng bảo trì mới dừng lại ở các thao tác đơn giản như vệ Hải, Đặng Sỹ Lân. (2014), Tính toán tải trọng gió tác sinh bề mặt, thay thế kính vỡ, . Hệ vách kính bao dụng lên hệ mặt dựng kính theo tiêu chuẩn Việt Nam, gồm nhiều loại vật liệu có tuổi thọ khác nhau (thép, Hoa Kỳ và Châu Âu; Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây nhôm, silicon, kính, EPDM, ), ngay bản thân vật liệu dựng; Việt Nam. kính nói riêng và vật liệu chịu lực khác nói chung cũng 2. Đỗ Thiều Quang, Trần Chủng, Nguyễn Hoàng Dương. sẽ bị xuống cấp, giảm khả năng làm việc/chịu lực theo (2013), Tính toán vách kính trong công trình xây dựng thời gian. Chưa có hệ thống đánh giá khả năng làm tại Việt Nam; Hội nghị khoa học kỷ niệm 50 năm ngày việc sau thời gian sử dụng để có phương án thay thế thành lập Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng. các chi tiết cấu kiện hư hỏng, hết tuổi thọ sử dụng. 3. Beason, W. L., and Morgan, J. R. (1985), "Glass Failure Việc duy trì khả năng làm việc trong thời gian dài của Prediction Model," Journal of Structural Engineering, vách kính, đối với các công trình sử dụng nhiều vách Vol 111, No.9, pp.2058-2059. kính như hiện nay, là hết sức quan trọng và đòi hỏi có 4. Vallabhan, C.V.G., and Chou, G.D. (1986), "Interactive nghiên cứu sâu hơn nữa. Nonlinear Analysis of Insulating Glass Units,” Journal of Tài liệu bảo trì, theo quy định của pháp luật hiện Structural Engineering, ASCE, Vol 112, No.6, June, pp. hành, chưa được chuẩn hóa và cung cấp đầy đủ, chi 1313-1326. tiết từ phía nhà thầu thi công cũng như Tư vấn thiết kế. 5. 7. Các nhận xét và kiến nghị 80483.htm Trong thời gian chưa có hệ tiêu chuẩn Việt Nam cập 6. nhật, thống nhất thì việc tính toán hệ vách kính nói trung-tam-du-bao-kttv-tw-noi-gi-407488.vov chung và kính nói riêng khi sử dụng tiêu chuẩn nước 7. ngoài cần được vận dụng phù hợp với điều kiện Việt 8. Nam với lưu ý về các điều kiện áp dụng (kể cả các số 9. liệu điều kiện tự nhiên đầu vào bắt buộc), trạng thái giới 10. hạn, tải trọng (tần suất lặp lại, thời gian tác động ). walkie-scorchie-melted-my-jag 11. Cần cập nhật thường xuyên các thông tin, tính 12. năng của vật liệu tham gia trong hệ vách kính để cung 13. cấp cho việc tính toán, đảm bảo sử dụng vật liệu chính 14. xác, hiệu quả. Đồng thời thiết lập, hoàn thiện các tiêu chuẩn, quy định tính toán hệ vách kính trong điều kiện Ngày nhận bài: 19/8/2015. Việt Nam (cả về tự nhiên, công nghệ, vật liệu, trình độ). Ngày nhận bài sửa lần cuối: 29/9/2015. 22 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
21. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ ĐỘNG CỦA KẾT CẤU VỚI HỆ GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG ĐA TẦN SỐ MTLD SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM BÀN RUNG TS. NGUYỄN ĐỨC THỊ THU ĐỊNH, TS. NGUYỄN HỮU HƯNG, GS.TS. NGUYỄN VIẾT TRUNG Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Hiệu quả giảm dao động của hệ giảm cho kết cấu. Những nghiên cứu này đã đặt nền tảng chấn dùng chất lỏng (TLD) đã được đề cập trong một cho ý tưởng nghiên cứu tiên phong cho hệ giảm chấn số nghiên cứu tại Việt Nam. Nghiên cứu về sự tương chất lỏng đa tần số (MTLD) đặt song song vào kết cấu tác giữa kết cấu với hệ có nhiều giảm chấn lần đầu mà khởi đầu là Fujino và Sun (1993). tiên được đề cập tại Việt Nam trong bài báo này. Hiệu Hiệu quả của việc giảm dao động cho kết cấu khi quả giảm dao động của hệ giảm chấn chất lỏng đa sử dụng hệ MTLD được khẳng định thông qua việc tần số (MTLD) – hệ có nhiều thùng chứa chất lỏng với phân tích số khi sử dụng hàm ứng xử tần số cho hệ các thùng được đổ chiều sâu chất lỏng khác nhau và tương tác kết cấu – MTLD. Các kết quả phân tích số do vậy có tần số dao động khác nhau – được khảo sát này được so sánh đối chiếu với kết quả phân tích số trong nghiên cứu thông qua thí nghiệm mô hình trên dữ liệu đo đạc trên mô hình thí nghiệm trên bàn rung. thiết bị bàn rung. Các kết quả đo đạc trên mô hình thí Kết quả so sánh, phân tích chỉ ra được hiệu quả của nghiệm trên bàn rung được so sánh đối chiếu với kết MTLD so với hệ TLD và giá trị hợp lý của một số tham quả phân tích số khi thiết lập hàm ứng xử tần số của số của hệ MTLD trong điều khiển dao động. hệ tương tác kết cấu và hệ MTLD. 2. Giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) và hệ Từ khóa: Động lực học kết cấu, ứng xử động, tương tác giữa kết cấu - MTLD giảm chấn chất lỏng, hệ giảm chấn chất lỏng đa tần số, bàn rung 2.1 Bộ giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD 1. Giới thiệu Giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) là thiết bị giảm chấn chất lỏng (TLD) có sự tham gia của nhiều Nghiên cứu về hệ giảm chấn chất lỏng đa tần số thùng chứa chất lỏng mà mỗi thùng chứa chất lỏng (MTLD) được thực hiện trên cơ sở các nghiên cứu (TLD đơn) có tần số dao động riêng khác nhau. đầu tiên đối với giảm chấn khối lượng đa tần số (MTMD) mà điển hình là Igusa và Xu (1990) với đề Việc tạo ra tần số dao động riêng cho mỗi TLD xuất hệ gồm một số lượng hữu hạn các giảm chấn đơn bằng cách điều chỉnh chiều sâu chất lỏng đựng khối lượng (TMD) có tần số tự nhiên phân bố theo trong các thùng chứa có kích thước như nhau [1]. Có một dải nào đó xung quanh tần số tự nhiên cơ sở của thể mô tả như sau: mỗi TLD đơn có 1 tần số dao kết cấu. Hiệu quả của MTMD đã được khảo sát số động riêng fi là tần số văng té tự nhiên của thùng chất bởi Yamaguchi và Harpornchar (1992), và các công lỏng thứ i trong bộ giảm chấn chất lỏng đa tần số. Với thức thiết kế cho MTMD đề xuất bởi Abe và Fujino f1 là tần số dao động của thùng chất lỏng thứ 1 – tần (1993). Các nghiên cứu này đã khẳng định hệ nhiều số dao động riêng nhỏ nhất trong bộ giảm chấn, fN là TMD đặt song song là có hiệu quả hơn một TMD tần số dao động của thùng chất lỏng thứ N – tần số thông thường khi sử dụng trong điều khiển dao động dao động riêng lớn nhất trong bộ giảm chấn. Kết cấu Hình 1. Mô hình kết cấu và giảm chấn chất lỏng Hình 2. Dải tần số của mỗi thùng chứa chất lỏng đa tần số (MTLD) trong bộ giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 23
22. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Tần số tự nhiên của mỗi TLD đơn được thể hiện Tham số cản của TLD được xác định theo công bởi lý thuyết tuyến tính theo Wakahara (1993) [4]. thức của Fujino (1993) [3]: 1 g h 1 1 υ h0 0 ξ 1 (6) fD tanh (1) D 2 2a 2 a h0 2 πf D b Như vậy tần số của các TLD đơn trong bộ giảm Trong đó: fD là tần số tự nhiên của TLD; h và là chấn tạo thành một dải tần số mà khi thiết kế một tần chiều sâu chất lỏng và độ nhớt động của chất lỏng. số trung tâm của hệ f0, - tần số trung bình của các tần Chiều dài thùng chứa chất lỏng L = 2a, chiều rộng số tạo ra từ các TLD đơn trong bộ lấy là tần số đặc thùng chứa là b, g là gia tốc trọng trường, và các ký trưng cho thiết kế. Tần số trung tâm của bộ giảm chấn hiệu khác mD, D , kD, fD lần lượt là khối lượng, chất lỏng đa tần số MTLD được xác định theo công tham số cản, độ cứng và tần số dao động riêng của thức 2 (theo Fujino 1993 [5]): TLD. f f 2.2 Hàm ứng xử tần số cho mô hình tương tác f N 1 (2) o 2 giữa kết cấu và MTLD Độ chênh tần số dao động giữa các TLD đơn Phương trình hàm ứng xử tần số của hệ tương trong MTLD được thiết kế để tạo hệ có khoảng tần số tác giữa kết cấu và giảm chấn chất lỏng đa tần số cân bằng với: (MTLD) được thiết lập khi sử dụng phương trình Euler – Lagrange trên cơ sở các giả thiết cơ bản: i fi 1 f i f N – f 1 / N 1  (3) - Kết cấu là một bậc tự do và mỗi TLD đơn là một Bề rộng dải tần số là khoảng tần số hay hiệu của bậc tự do, do vậy hệ làm việc chung giữa kết cấu và tỷ số tần số giữa tỷ số của TLD đơn có tần số dao TLD là hệ tuyến tính với các bậc tự do giảm chấn đặt động lớn nhất trên tần số trung tâm và tỷ số của TLD song song trên bậc tự do kết cấu. Tính chất phi tuyến đơn có tần số nhỏ nhất trên tần số trung tâm của hệ của hoạt động chất lỏng trong các thùng TLD được trong bộ giảm chấn MTLD. chứng minh trong nhiều nghiên cứu là được thay thế f f R N 1 (4) bằng độ cứng và tính cản mang tính chất phi tuyến f0 của hệ TMD tương đương của mỗi TLD đơn [3]. Trong một số trường hợp tần số dao động của bộ - Tỷ số khối lượng giữa tổng khối lượng chất lỏng giảm chấn đa tần số (MTLD) - tần số trung tâm của hệ trong các TLD so với khối lượng hình thái của kết cấu được tạo ra không như thiết kế ban đầu và cần thiết là   i 1% (Wakahara, 1993) [4]. có một tham số điều chỉnh để xét đến hiệu quả của hệ Tùy thuộc vào số lượng của các thùng TLD đơn lẻ trong các trường hợp này. Hệ số điều chỉnh này là: khác nhau trong hệ MTLD có: fs f o  (5) w1 . wi wn, hoặc fo wmin . wi wmax m1 m2 mi mn-1 mn m1 m2 mi mn k1 c1 c2 ki kn cn k2 ci Ms Ms Ks Cs Ks Cs Hình 3. Mô hình tương tác giữa kết cấu và MTLD ws/w (hoặc fs/f ) là véctơ tỷ số chỉ ra tỷ số giữa tần i = w i+1 - wi = const số của kết cấu và tần số kích động. Theo các phân tích thực nghiệm trong nghiên cứu w/w (hoặc f /f ) là véctơ chỉ ra tỷ số giữa tần số i i của Fujino [3,5] về hệ MTLD, nhằm đánh giá kỹ hơn của các thùng TLD đơn lẻ của hệ MTLD và tần số về sự tương tác giữa kết cấu và MTLD, tác giả đã tập kích động. Tần số trung tâm của các TLD trong hệ trung xây dựng phương trình động học cho hệ làm MTLD là w0= (wmax + wmin) /2. việc chung kết cấu – MTLD khi sử dụng phương trình Bề rộng dải tần số R= (w – w ) /w = 0.2 và max min 0 Lagrange: 24 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
23. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Phương trình viết dưới dạng ma trận:  c c  ms xs  c s  c i c 1 2 n x s  m x c c 0 x  1 1 1 1 1 m2 c 2 0 c 2      xi  x i m c n 1 n 1   mn xn  c n c n x n  (7) k k ks  k i k 1 2 n xs  Fs  k k x 0 1 1 1 k2 k 2    xi 0 k n 1 x kn k n n  0  H(w) được gọi là hàm ứng xử tần số phức không thứ nguyên của hệ MTLD: F 1 H 2 f 0 k f 2 s 2i 1 2 2 i 2 f f f N f 1 2 i  i (8) 2S 2  i 1 i 2 2 fs f s f s f f 1 2 2 ii 2 fi w i Hàm ứng xử tần số này chỉ ra được ứng xử của 3.1 Mô hình thí nghiệm và các dữ liệu đầu vào cơ kết cấu khi có gắn bộ giảm chấn chất lỏng đa tần số bản cho thiết lập chương trình thí nghiệm mà cụ thể là thể hiện mối quan hệ giữa biên độ dao Mô hình thí nghiệm được lựa chọn là một cột thép động với tỷ số tần số (tỷ số giữa tần số kích động và tổ hợp hình chữ H. Cột thép được phân tích trong tần số dao động riêng của kết cấu). Sự biến đổi của chương trình phân tích kết cấu thương mại Midas Civil. các tham số trong hàm này sẽ cho ba đường biểu Các mode dao động, tần số dao động và biên độ diễn gồm đường đồ thị ứng xử của kết cấu khi không dao động được chỉ ra từ phân tích trên phần mềm gắn TLD, khi gắn bộ giảm chấn chất lỏng đơn tần số được sử dụng cho việc thiết kế MTLD. Các dữ liệu cơ (STLD) và khi gắn MTLD. sở này là dữ liệu ban đầu cho việc dùng hàm ứng xử tần số phức thiết lập để phân tích và đánh giá hiệu 3. Mô hình thí nghiệm và cơ sở thiết lập dữ liệu để quả giảm dao động của cột khi có lắp đặt TLD. Sau so sánh, đánh giá hiệu quả của bộ giảm chấn chất đó dữ liệu phân tích lý thuyết này được so sánh với lỏng đa tần số dữ liệu thí nghiệm cột trên bàn rung. Mô hình kết cấu cho thí nghiệm là kết cấu được Kết quả phân tích mô hình cột thí nghiệm trên lắp dựng theo tỷ lệ 1:1 (mô hình tính toán phân tích và phần mềm Midas Civil cho thấy: mô hình thí nghiệm trên cùng một đối tượng) làm cơ Bảng 1. Kết quả phân tích các mode dao động của mô hình cột thí nghiệm sở cho việc xây dựng dữ liệu thí nghiệm cho đánh giá Tần số dao [2]. Các kết quả thí nghiệm được đối chiếu với các dữ STT Mode động tự nhiên Tỷ số cản liệu phân tích lý thuyết trên cùng mô hình kết cấu (Hz) nhằm khẳng định hiệu quả giảm chấn của bộ thiết bị 1 Mode 1 3.47 0.005 2 Mode 2 3.94 0.005 giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD. Mô hình kết cấu 3 Mode 3 13.27 0.005 này được tính toán để phù hợp với việc thực hiện thí 4 Mode 4 28.46 0.005 nghiệm trên bàn rung. Các kết quả thu được từ thí 5 Mode 5 83.26 0.005 nghiệm cho mô hình được so sánh đánh giá khi phân 6 Mode 6 103.03 0.005 tích lý thuyết cho mô hình sử dụng hàm ứng xử tần số Trong thiết kế giảm chấn chất lỏng nhằm kiểm thiết lập cho hệ tương tác giữa kết cấu và MTLD. soát dao động cho mô hình lựa chọn mode dao động điển hình là mode 1 với tần số dao động tự nhiên của mô hình kết cấu là 3.47Hz. Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 25
24. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Hình 4. Mô hình kết cấu cột thép dạng chữ H cho thí nghiệm Mode 1-Tần số dao động là 3.47 Hz Mode 2-Tần số dao động là 3.94 Hz Mode 3-Tần số dao động là 13.27 Hz Mode 4-Tần số dao động là 28.46 Hz Mode 5-Tần số dao động là 83.26 Hz Mode 6-Tần số dao động là 103.03Hz Hình 5. Các mode và tần số dao động theo các mode của mô hình cột kết cấu cho thí nghiệm Do các vấn đề về sai số chế tạo, điều kiện liên kết kích động xung quanh giá trị tần số dao động riêng mô hình kết cấu vào bàn rung nên vấn đề hiệu chỉnh của kết cấu với biến đổi Hilbert [6]. Kết quả phân tích mô hình kết cấu để xác định giá trị thực là hết sức cần được: thiết. Giá trị tần số dao động riêng thực của mô hình, - Giá trị tần số dao động riêng của mô hình kết cấu tỷ số cản thực của mô hình có thể được xác định thực là: f = 2.85Hz; thông qua việc phân tích dữ liệu thu được khi tạo kích động cho bàn rung theo hàm định nghĩa với tần số - Tỷ số cản tính toán thực là: 0.0018. 26 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
25. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Hình 6. Sơ đồ hệ thống điều khiển bàn rung và mô hình thí nghiệm trên bàn rung và các giảm chấn Các trường hợp thí nghiệm được thiết lập để xây vào mô hình kết cấu cho thí nghiệm nằm trong dải: dựng đường thực nghiệm làm cơ sở so sánh với 0.8 f/fs 1.2 với 9 giá trị tương ứng là: f/fs= 0.8; f/fs= đường phân tích lý thuyết khảo sát ứng xử của kết 0.85; f/fs= 0.9; f/fs= 0.95; f/fs= 1; f/fs= 1.05; f/fs= 1.1; cấu chịu tác động kích động dạng điều hòa. f/fs= 1.15;f/fs= 1.2 (fs là tần số dao động riêng thực của kết cấu lấy là 2.85Hz). Biên độ dao động kích Tần số cộng hưởng của mô hình kết cấu cho thí động được tạo ra sao cho chuyển động văng té của nghiệm được xác định nhờ sử dụng chức năng có chất lỏng không trong vùng xảy ra phi tuyến mạnh và sẵn trong phần mềm điều khiển bàn rung trong phòng phù hợp với giới hạn đo của thiết bị đo, do vậy chọn: thí nghiệm. Chương trình này cho phép tìm kiếm tần A = 0.1cm. Các trường hợp khảo sát này đều lấy bề số cộng hưởng và biên độ cộng hưởng thông qua một rộng dải tần số R = 0.3. dải các giá trị tần số kích động cho bàn lắc khi có mô hình kết cấu đặt trên. 3.2 Phân tích kết quả thí nghiệm và so sánh với dữ liệu phân tích lý thuyết khi sử dụng hàm ứng Hàm kích động dạng được thiết lập là hàm dao động xử tần số cho hệ tương tác kết cấu – MTLD dạng điều hòa (dạng hàm sin) và được định nghĩa để tạo kích động truyền đến bàn rung dạng: y = A sin (w t). Trường hợp 0: Đo dao động, chuyển vị cột mô hình kết cấu cho thí nghiệm khi không gắn thiết bị TLD. Các giá trị tần số kích động thiết lập cho bàn rung được lựa chọn sao cho có giá trị là bằng giá trị tần số Đồ thị với 2 đường lý thuyết (nét liền) và thí dao động riêng của kết cấu (tần số này xác định trên nghiệm (nét đứt) thể hiện cho trường hợp kết cấu kết cấu thực và là giá trị tần số tạo ra chuyển vị cộng không gắn giảm chấn chất lỏng có dạng tương đồng hưởng với kết cấu) và các giá trị xung quanh giá trị và giá trị tương đối sát nhau cho thấy việc sử dụng dữ cộng hưởng để tiện cho việc xây dựng đường thực liệu tần số dao động riêng của kết cấu thực đo được nghiệm. Dựa vào phân tích lý thuyết, tần số kích động là khá phù hợp. Hình 7. Biểu đồ ứng xử của kết cấu khi không gắn TLD Trường hợp 1: Được đặt ra nhằm mục đích khảo sát ứng xử của mô hình kết cấu khi lắp đặt bộ giảm chấn chất lỏng đơn tần số - STLD. Cụ thể: Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 27
26. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Trường hợp 1a: Đo dao động, chuyển vị cột mô hình kết cấu cho thí nghiệm khi có lắp đặt 1 thùng TLD. Kết quả phân tích lý thuyết và thiết kế bộ giảm chấn lắp đặt cho mô hình thể hiện trong bảng 2: Bảng 2. Số liệu thiết kế TLD cho trường hợp mô hình kết cấu chỉ có gắn 1 thùng Trọng lượng Tần số dao động Kích thước thùng Chiều cao chất Tỷ số cản STT Thùng TLD nước trong thùng tự nhiên của thùng LxB (mm) lỏng (cm) (kG) (Hz) 1 Thùng 1 140x80x80 5.1 0.57 2.85 0.005 Trường hợp 1b: Đo dao động, chuyển vị cột mô hình kết cấu cho thí nghiệm khi có lắp đặt 3 thùng TLD có tần số dao động như nhau (chiều sâu chất lỏng giống nhau - SLTD). Kết quả phân tích lý thuyết và thiết kế bộ giảm chấn lắp đặt cho mô hình thể hiện trong bảng 3: Bảng 3. Số liệu thiết kế TLD cho trường hợp mô hình kết cấu chỉ có gắn 3 thùng giống nhau Trọng lượng Tần số dao động Kích thước thùng Chiều cao chất Tỷ số cản STT Thùng TLD nước trong thùng tự nhiên của thùng LxB (mm) lỏng (cm) (kG) (Hz) 1 Thùng 1 80x60x60 2.3 0.48 2.85 0.009 2 Thùng 2 80x60x60 2.3 0.48 2.85 0.009 3 Thùng 3 80x60x60 2.3 0.48 2.85 0.009 Kết quả so sánh dữ liệu đo thu được trong trường hợp 1a, 1b trên biểu đồ với đường lý thuyết thiết lập khi sử dụng hàm ứng xử tần số cho thấy: Hình 8. Hiệu quả giảm dao động cho mô hình kết cấu thí nghiệm với 1 thùng TLD so sánh với trường hợp 3 thùng TLD giống nhau Dạng đường đồ thị của 2 trường hợp kết cấu khi MTLD. Bề rộng dải tần số lấy là R=0.3. Chi tiết số lắp đặt 1 thùng TLD (1a) và 3 thùng TLD có chiều sâu liệu thiết kế TLD cho trường hợp chỉ có N thùng có chất lỏng giống nhau (1b) có dạng tương đồng với tần số dao động khác nhau cho mô hình cột thí đường đồ thị phân tích lý thuyết, tuy nhiên không hoàn nghiệm khi sử dụng hàm ứng xử tần số đã thiết lập toàn trùng khít như theo phân tích lý thuyết. Lý do được thể hiện từ trường hợp 2a đến 2f: được dự đoán do sai số chế tạo thùng chứa chất lỏng Trường hợp 2a: Đo dao động, chuyển vị cột kết và sai số chiều sâu chất lỏng khi đổ vào thùng. cấu thí nghiệm khi có lắp đặt 3 thùng TLD có tần số Trường hợp 2: Khảo sát ứng xử của mô hình kết dao động khác nhau (3 thùng có chiều sâu chất lỏng cấu khi lắp đặt bộ giảm chấn chất lỏng đa tần số - khác nhau – bộ MTLD). Bảng 4. Số liệu thiết kế TLD cho trường hợp mô hình kết cấu chỉ có gắn 3 thùng - MTLD Tần số dao Kích thước Chiều cao Trọng lượng nước Tỷ số cản TT Thùng TLD động tự nhiên thùng LxB (mm) chất lỏng (cm) trong thùng (kG) của thùng (Hz) 1 Thùng 1 80x60x60 1.4 0.07 2.423 0.016 2 Thùng 2 80x60x60 1.8 0.08 2.850 0.012 3 Thùng 3 80x60x60 2.1 0.10 3.278 0.010 28 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
27. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Trường hợp 2b: Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm khi có lắp đặt 5 thùng TLD có tần số dao động khác nhau (5 thùng có chiều sâu chất lỏng khác nhau). Bảng 5. Số liệu thiết kế TLD cho trường hợp mô hình kết cấu chỉ có gắn 5 thùng - MTLD Trọng lượng Tần số dao động Kích thước thùng Chiều cao Tỷ số cản STT Thùng TLD nước trong tự nhiên của LxB (mm) chất lỏng (cm) thùng (kG) thùng (Hz) 1 Thùng 1 80x60x60 1.4 0.07 2.423 0.016 2 Thùng 2 80x60x60 1.6 0.08 2.636 0.014 3 Thùng 3 80x60x60 1.8 0.08 2.850 0.012 4 Thùng 4 80x60x60 2.0 0.09 3.064 0.011 5 Thùng 5 80x60x60 2.1 0.10 3.278 0.010 Trường hợp 2c: Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm khi có lắp đặt 7 thùng TLD có tần số dao động khác nhau (chiều sâu chất lỏng của mỗi thùng trong giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD là khác). Chi tiết số liệu thiết kế TLD cho trường hợp chỉ có 7 thùng có tần số dao động khác nhau cho mô hình cột thí nghiệm khi sử dụng hàm ứng xử tần số đã thiết lập: Bảng 6. Số liệu thiết kế TLD cho trường hợp mô hình kết cấu chỉ có gắn 7 thùng - MTLD Trọng lượng Tần số dao động Tỷ số cản Kích thước thùng Chiều cao STT Thùng TLD nước trong tự nhiên của LxB (mm) chất lỏng (cm) thùng (kG) thùng (Hz) 1 Thùng 1 80x60x60 1.4 0.07 2.423 0.016 2 Thùng 2 80x60x60 1.5 0.07 2.565 0.015 3 Thùng 3 80x60x60 1.6 0.08 2.708 0.013 4 Thùng 4 80x60x60 1.8 0.08 2.850 0.012 5 Thùng 5 80x60x60 1.9 0.09 2.993 0.011 6 Thùng 6 80x60x60 2.0 0.10 3.135 0.011 7 Thùng 7 80x60x60 2.1 0.10 3.278 0.010 Trường hợp 2d: Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm khi có lắp đặt 9 thùng TLD có tần số dao động khác nhau (chiều sâu chất lỏng của mỗi thùng trong giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD là khác). Chi tiết số liệu thiết kế TLD cho trường hợp chỉ có 9 thùng có tần số dao động khác nhau cho mô hình cột thí nghiệm khi sử dụng hàm ứng xử tần số đã thiết lập: Bảng 7. Số liệu thiết kế TLD cho trường hợp mô hình kết cấu chỉ có gắn 9 thùng - MTLD Trọng lượng Tần số dao động Kích thước thùng Chiều cao Tỷ số cản STT Thùng TLD nước trong tự nhiên của LxB (mm) chất lỏng (cm) thùng (kG) thùng (Hz) 1 Thùng 1 80x60x60 1.40 0.07 2.423 0.016 2 Thùng 2 80x60x60 1.50 0.07 2.529 0.015 3 Thùng 3 80x60x60 1.60 0.08 2.636 0.014 4 Thùng 4 80x60x60 1.70 0.08 2.743 0.013 5 Thùng 5 80x60x60 1.80 0.08 2.850 0.012 6 Thùng 6 80x60x60 1.90 0.09 2.957 0.012 7 Thùng 7 80x60x60 1.95 0.09 3.064 0.011 8 Thùng 8 80x60x60 2.05 0.10 3.171 0.010 9 Thùng 9 80x60x60 2.10 0.10 3.278 0.010 Trường hợp 2e: Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm khi có lắp đặt 11 thùng TLD có tần số dao động khác nhau (chiều sâu chất lỏng của mỗi thùng trong giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD là khác), bề rộng dải tần số R=0.3. Bảng 8. Số liệu thiết kế TLD cho trường hợp mô hình kết cấu chỉ có gắn 11 thùng - MTLD Trọng lượng Tần số dao động Kích thước thùng Chiều cao Tỷ số cản STT Thùng TLD nước trong tự nhiên của LxB (mm) chất lỏng (cm) thùng (kG) thùng (Hz) 1 Thùng 1 80x60x60 5.1 0.03373 0.323 0.011 2 Thùng 2 80x60x60 5.5 0.03612 0.334 0.010 3 Thùng 3 80x60x60 5.9 0.03858 0.346 0.009 4 Thùng 4 80x60x60 6.2 0.04111 0.357 0.008 5 Thùng 5 80x60x60 6.6 0.04371 0.369 0.008 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 29
28. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Trọng lượng Tần số dao động Kích thước thùng Chiều cao Tỷ số cản STT Thùng TLD nước trong tự nhiên của LxB (mm) chất lỏng (cm) thùng (kG) thùng (Hz) 6 Thùng 6 80x60x60 7.0 0.04639 0.380 0.007 7 Thùng 7 80x60x60 7.4 0.04913 0.391 0.007 8 Thùng 8 80x60x60 7.9 0.05194 0.403 0.006 9 Thùng 9 80x60x60 8.3 0.05481 0.414 0.006 10 Thùng 10 80x60x60 8.8 0.05775 0.426 0.006 11 Thùng 11 80x60x60 9.2 0.06075 0.437 0.005 Trường hợp 2f: Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm khi có lắp đặt 15 thùng TLD có tần số dao động khác nhau (chiều sâu chất lỏng của mỗi thùng trong giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD là khác), bề rộng dải tần số R=0.3. Bảng 9. Số liệu thiết kế TLD cho trường hợp mô hình kết cấu chỉ có gắn 15 thùng - MTLD Trọng lượng Tần số dao động Kích thước thùng Chiều cao Tỷ số cản STT Thùng TLD nước trong tự nhiên của LxB (mm) chất lỏng (cm) thùng (kG) thùng (Hz) 1 Thùng 1 80x60x60 5.1 0.03373 0.323 0.011 2 Thùng 2 80x60x60 5.4 0.03543 0.331 0.010 3 Thùng 3 80x60x60 5.6 0.03716 0.339 0.009 4 Thùng 4 80x60x60 5.9 0.03893 0.347 0.009 5 Thùng 5 80x60x60 6.2 0.04074 0.356 0.008 6 Thùng 6 80x60x60 6.5 0.04259 0.364 0.008 7 Thùng 7 80x60x60 6.7 0.04447 0.372 0.008 8 Thùng 8 80x60x60 7.0 0.04639 0.380 0.007 9 Thùng 9 80x60x60 7.3 0.04834 0.388 0.007 10 Thùng 10 80x60x60 7.6 0.05033 0.396 0.007 11 Thùng 11 80x60x60 7.9 0.05235 0.404 0.006 12 Thùng 12 80x60x60 8.2 0.05440 0.413 0.006 13 Thùng 13 80x60x60 8.6 0.05648 0.421 0.006 14 Thùng 14 80x60x60 8.9 0.05860 0.429 0.006 15 Thùng 15 80x60x60 9.2 0.06075 0.437 0.005 Kết quả so sánh dữ liệu đo thu được trong từng trường hợp từ 2a đến 2f trên biểu đồ so sánh với đường lý thuyết thiết lập khi sử dụng hàm ứng xử tấn số cho thấy: TH 2a: Hiệu quả giảm dao động cho mô TH 2b: hiệu quả giảm dao động cho TH 2c: Hiệu quả giảm dao động cho hình kết cấu thí nghiệm với 3 thùng TLD mô hình kết cấu thí nghiệm với 5 thùng mô hình kết cấu thí nghiệm với có tần số dao động khác nhau, R=0.3 TLD (tần số dao động của mỗi thùng 7 thùng TLD có tần số dao động khác nhau), R=0.3 khác nhau, R=0.3 TH 2d: hiệu quả giảm dao động cho mô TH 2e: Hiệu quả giảm dao động cho TH 2f: hiệu quả giảm dao động cho hình kết cấu thí nghiệm với 9 thùng TLD mô hình kết cấu thí nghiệm với mô hình kết cấu thí nghiệm với (tần số dao động của mỗi thùng 11 thùng TLD có tần số dao động 15 thùng TLD (tần số dao động của khác nhau), R=0.3 khác nhau, R=0.3 mỗi thùng khác nhau), R=0.3 Hình 9. Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của số lượng thùng chứa đến hiệu quả giảm dao động 30 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
29. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của số lượng thùng Trường hợp 3: Khảo sát ảnh hưởng của bề rộng TLD trong MTLD đến hiệu quả giảm dao động cho dải tần số của bộ giảm chấn chất lỏng đa tần số thấy khá phù hợp về dạng so với đường đồ thị phân (MTLD) đến hiệu quả giảm dao động cho mô hình kết tích lý thuyết. Ứng xử của kết cấu tại vị trí tỷ số tần số cấu. bằng và xấp xỉ bằng 1, so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm là khá gần nhau, càng xa giá trị tỷ số tần số Chi tiết số liệu thiết kế TLD cho trường hợp thay bằng 1 (thời điểm xảy ra cộng hưởng) các giá trị có đổi bề rộng dải tần số R khảo sát cho trường hợp xu hướng khác biệt nhiều hơn. Ứng với số lượng của số lượng thùng chứa hợp lý đã xác định trong thùng chứa chất lỏng của bộ giảm chấn chất lỏng đa trường hợp 2, N=3 như sau: tần số cho thiết kế nằm trong khoảng từ N = 5-15 thùng thì hiệu quả của bộ giảm chấn chất lỏng đa tần Trường hợp 3a: Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu số MTLD là khá tốt, nằm ngoài khoảng này, khi số thí nghiệm khi có 3 thùng giảm chấn chất lỏng TLD thùng nhỏ hơn hoặc tăng lên nữa thì kết quả cho thấy khác nhau (3 thùng được đổ lượng chất lỏng khác hiệu quả giảm dao động của bộ giảm chấn là giảm và nhau), bề rộng dải tần số thay đổi so với trường hợp thậm chí không còn hiệu quả trong việc giảm dao động cho mô hình kết cấu. 2a, lấy là R=0.2. Bảng 10. Số liệu thiết kế TLD cho trường hợp mô hình kết cấu với bề rộng dải tần số R=0.2 – MTLD Trọng lượng Tần số dao Kích thước thùng Chiều cao chất Tỷ số cản STT Thùng TLD nước trong động tự nhiên LxB (mm) lỏng (cm) thùng (kG) của thùng (Hz) 1 Thùng 1 80x60x60 1.5 0.07 2.565 0.015 2 Thùng 2 80x60x60 1.8 0.08 2.850 0.012 3 Thùng 3 80x60x60 2.0 0.10 3.135 0.011 Trường hợp 3b: Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm khi có 3 thùng giảm chấn chất lỏng TLD khác nhau (3 thùng được đổ lượng chất lỏng khác nhau), bề rộng dải tần số thay đổi so với trường hợp 2a, lấy là R=0.1. Bảng 11. Số liệu thiết kế TLD cho trường hợp mô hình kết cấu với bề rộng dải tần số R=0.1 - MTLD Trọng lượng Tần số dao Kích thước thùng Chiều cao chất Tỷ số cản STT Thùng TLD nước trong động tự nhiên LxB (mm) lỏng (cm) thùng (kG) của thùng (Hz) 1 Thùng 1 80x60x60 1.6 0.08 2.708 0.013 2 Thùng 2 80x60x60 1.8 0.08 2.850 0.012 3 Thùng 3 80x60x60 1.9 0.09 2.993 0.011 Kết quả so sánh dữ liệu đo thu được trong trường hợp 3a, 3b trên biểu đồ được so sánh với đường lý thuyết thiết lập khi sử dụng hàm ứng xử tấn số cho thấy: TH 3a: Hiệu quả giảm dao động cho mô hình kết cấu thí TH 3b: hiệu quả giảm dao động cho mô hình thí nghiệm với 3 thùng TLD có tần số dao động khác nhau, nghiệm với 3 thùng TLD (tần số dao động của mỗi R=0.2 thùng khác nhau), R=0.1 Hình 10. Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của bề rộng dải tần số đến hiệu quả giảm dao động Khi bề rộng dải tần số thay đổi, dữ liệu thí nghiệm TLD đơn trong bộ giảm chấn chất lỏng đa tần số thể hiện khá nhạy cảm với sự thay đổi này. Đường MTLD là đủ lớn và bề rộng dải tần số là nhỏ ( R = thực nghiệm, đường lý thuyết là đồng dạng. So sánh 0.1), chênh tần số giữa các TLD đơn là nhỏ thì hiệu với trường hợp 2a cho thấy: khi với số lượng thùng quả giảm dao động của MTLD là tương tự như SLTD. Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 31
30. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Mặt khác, khi số lượng của các TLD đơn là nhỏ và bề với tần số dao động riêng của kết cấu để tạo ra hiệu rộng dải tần số là đủ lớn ( R = 0.3) thì hiệu quả của quả tốt nhất. Khi khảo sát ảnh hưởng của tỷ số giữa MTLD là tốt hơn của hệ SLTD. Do vậy, hiệu quả của giá trị tần số trung tâm của giảm chấn chất lỏng đa hệ MTLD chỉ có thể đạt được tốt nhất ứng với giá trị tần số MTLD và tần số dao động riêng của kết cấu nhất định nào đó của số lượng TLD đơn và bề rộng không bằng 1 đến hiệu quả giảm dao động cho kết dải tần số phù hợp. Giá trị khảo sát kiến nghị là bề cấu với số lượng thùng chứa chất lỏng N = 7 TLD. rộng dải tần số là 0.2 - 0.3 và độ chênh tần số giữa Trường hợp 4a: Đo dao động, chuyển vị cột kết các thùng TLD đơn lẻ là  = 0.01 - 0.02. cấu thí nghiệm khi có 7 thùng TLD (khác nhau), bề Trường hợp 4: Khảo sát ảnh hưởng của việc rộng dải tần số R = 0.3 và tỷ số giữa tần số trung thiết kế giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD đến hiệu tâm của giảm chấn chất lỏng MTLD và tần số dao quả giảm dao động cho kết cấu. động riêng của kết cấu f/fs = 0.95. Thông thường giảm chấn chất lỏng được thiết kế để tạo ra được tần số dao động riêng bằng về giá trị Bảng 12. Số liệu thiết kế TLD cho trường hợp mô hình kết cấu với f/fs =0.95 - MTLD Trọng lượng Tần số dao động Kích thước thùng Chiều cao Tỷ số cản STT Thùng TLD nước trong tự nhiên của LxB (mm) chất lỏng (cm) thùng (kG) thùng (Hz) 1 Thùng 1 80x60x60 1.3 0.06 2.301 0.018 2 Thùng 2 80x60x60 1.4 0.07 2.437 0.016 3 Thùng 3 80x60x60 1.5 0.07 2.572 0.015 4 Thùng 4 80x60x60 1.6 0.08 2.708 0.013 5 Thùng 5 80x60x60 1.8 0.08 2.843 0.012 6 Thùng 6 80x60x60 1.9 0.09 2.978 0.011 7 Thùng 7 80x60x60 2.0 0.10 3.114 0.011 Trường hợp 4b: Đo dao động, chuyển vị cột kết cấu thí nghiệm khi có 7 thùng TLD (khác nhau), bề rộng dải tần số R=0.3 và tỷ số giữa tần số trung tâm của giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD và tần số dao động riêng của kết cấu f/fs =1.05. Bảng 13. Số liệu thiết kế TLD cho trường hợp mô hình kết cấu với f/fs =1.05 - MTLD Trọng lượng Tần số dao động Kích thước thùng Chiều cao Tỷ số cản STT Thùng TLD nước trong tự nhiên của LxB (mm) chất lỏng (cm) thùng (kG) thùng (Hz) 1 Thùng 1 80x60x60 1.5 0.07 2.544 0.015 2 Thùng 2 80x60x60 1.6 0.08 2.693 0.013 3 Thùng 3 80x60x60 1.8 0.08 2.843 0.012 4 Thùng 4 80x60x60 1.9 0.09 2.993 0.011 5 Thùng 5 80x60x60 2.0 0.10 3.142 0.011 6 Thùng 6 80x60x60 2.1 0.10 3.292 0.010 7 Thùng 7 80x60x60 2.3 0.11 3.441 0.009 TH 4a: Hiệu quả giảm dao động cho mô hình kết cấu TH 4b: hiệu quả giảm dao động cho mô hình thí nghiệm với 7 thí nghiệm với 7 thùng TLD (tần số dao động của mỗi thùng TLD (tần số dao động của mỗi thùng khác nhau, R=0.3, thùng khác nhau, R=0.3, f/fs=0.95 f/fs=1.05 Hình 10. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ số giữa tần số trung tâm của MTLD và tần số dao động riêng 32 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015
31. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Khi tỷ số giữa tần số kích động với tần số dao giảm chấn là N = 5-11 và chênh tần số giữa các thùng động riêng của kết cấu không bằng một, dạng của là là = 0.01 - 0.02 (bề rộng dải tần số R = 0.2-0.3). đường đồ thị thí nghiệm và lý thuyết là khá phù hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO đường đồ thị thực nghiệm thể hiện khá nhạy cảm với sự thay đổi này. 1. L.M. SUN, Y. FUJINO, B.M. PACHECO, P. CHAISERI. (1992), “Modeling of Tuned Liquid 4. Kết luận Damper (TLD)”, Journal of Wind Engineering and - Hiệu quả của MTLD là tốt hơn SLTD khi sử dụng Industrial Aerodynamics, (41-44), pp. 1883-1894. nhiều thùng TLD với chiều sâu chất lỏng khác nhau 2. HARRY G. HARRIS và GAJANAN M. SABNIS. hay tần số dao động riêng khác nhau (hệ MTLD có 1 (1999), Model and experimental techniques, tần số trung tâm trong dải tần số tính toán thiết kế của Second edition printed in USA. các TLD); 3. L.M. SUN, Y. FUJINO, P. CHAISERI, B.M. - Tương quan giữa tỷ số tần số và chuyển vị (theo PACHECO. (1995), “Properties of tuned liquid tần số) là phù hợp về qui luật với kết quả lý thuyết đã dampers using a TMD analogy”, Earthquake phân tích cho mô hình cột thí nghiệm; Engineering and Structural Dynamics, Vol. 24 (7), - Đường cong ứng xử của MTLD là khá phẳng, pp. 967-976. điều này chỉ ra rằng ứng xử của kết cấu có khả năng 4. TOSHIHIRO WAKAHARA. (1993), “Wind-induced đáp ứng trên một dải rộng tần số và MTLD có tính cản response of TLD-structure coupled system cao hơn so với SLTD. Sự bằng phẳng này là do sự considering nonlinearity of liquid motion”, Shimizu khác biệt pha nhỏ trong khoảng chuyển động của chất Technology Research Bulletin, (12). lỏng trong mỗi TLD của giảm chấn chất lỏng đa tần số MTLD; 5. Y.FUJINO, L.M.SUN. (1993), “Vibration Control by Multiple Tuned Liquid Dampers (MTLDs)”, Journal - Do hạn chế về kinh nghiệm thí nghiệm nên of Structural Engineering, Vol. 119 (12), pp. 3482- đường thực nghiệm xây dựng sai số khá lớn so với 3500. đường lý thuyết. Tuy nhiên sai số vẫn nằm trong giới hạn cho phép là từ 7-11% (<15%) là có thể chấp nhận 6. NGUYỄN HỮU HƯNG, NGUYỄN ĐỨC THỊ THU được. ĐỊNH. (2013), "Xác định tham số thực tế của công trình cầu thông qua kết quả phản ứng động lực Phân tích số hàm ứng xử tần số đã thiết lập để học", Hội thảo "40 năm hợp tác Việt Nam - Nhật xác định được ảnh hưởng của các tham số đến hiệu Bản trong xây dựng: Thành tựu và cơ hội ", Hà quả giảm chấn như: số lượng thùng TLD N, bề rộng Nội, 8 & 9 /11/ 2013; ISBN: 978-604-82-0053-4. dải tần số R, và tỷ số tần số kích động và tần số dao động riêng của kết cấu. Đặc biệt đề xuất được số Ngày nhận bài: 03/5/2015. lượng thùng TLD trong hệ MTLD hợp lý cho thiết kế Ngày nhận bài sửa lần cuối: 22/9/2015. Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 33