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

Trong đó phương pháp thí nghiệm mô hình được sử dụng ngày càng rộng rãi do có những ưu điểm như: Trực quan quan sát cách thức và vị trí xung yếu trên kết cấu; đánh giá đến tác động qua l

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

rung nghiên cứu ảnh hưởng của động đất tới kết

cấu công trình ngầm Thí nghiệm thực hiện trên

mô hình kết cấu có tỷ lệ thu nhỏ hình học 1/30,

gồm 2 tầng 3 nhịp Vật liệu làm mô hình là bê

tông cường độ thấp (micro-concrete) và sợi kẽm

Gia tốc kích thích gồm 2 loại: Sóng El Centro và

sóng Shanghai Các cảm biến được bố trí trong

đất và trên bề mặt kết cấu để ghi lại các phản

ứng gia tốc trong đất, gia tốc trên kết cấu và biến

dạng tại bề mặt kết cấu Dựa trên số liệu thu

được, tiến hành đánh giá ứng xử của kết cấu

công trình ngầm dưới tác dụng của động đất Kết

quả phân tích cho thấy, khi chịu kích thích động

đất, vị trí yếu và dễ bị phá hoại nhất trên kết cấu

là tại đỉnh và chân cột Ngoài ra, ứng xử của kết

cấu ngầm phụ thuộc vào gia tốc đỉnh và tần số

của sóng kích thích

Từ khoá: Thí nghiệm bàn rung, công trình

ngầm, động đất, El centro, Shanghai wave

1 Mở đầu

Công trình ngầm ngày càng được xây dựng

rộng rãi, đặc biệt là hệ thống giao thông ngầm tại

các đô thị lớn nhằm giải quyết bài toán giao thông

khi dân số đô thị ngày một tăng Vấn đề an toàn

của công trình ngầm dưới tác dụng của các loại

sóng kích thích từ các vụ nổ, từ xe cơ giới, đặc

biệt là ảnh hưởng của sóng động đất, từ trước

1995 chưa được quan tâm thoả đáng do quan

niệm cho rằng, khi có động đất, công trình ngầm

chuyển động cùng với đất nền xung quanh và

như vậy, động đất xảy ra thì công trình ngầm an

toàn hơn so với công trình trên mặt đất Cho đến

khi trận động đất Hyogoken - Nanbu diễn ra ở

Nhật vào ngày 17 tháng 01 năm 1995 tàn phá

mạnh mẽ hệ thống tàu điện ngầm, các kết cấu

công trình ngầm, các loại đường ống…đã làm

thay đổi quan niệm cho rằng công trình ngầm an

toàn trước động đất [1, 2] Các điều tra và nghiên

cứu được thực hiện sau đó nhằm đánh giá, phân tích cơ chế phá hoại, đưa ra phương pháp gia cố [3÷6] và phương pháp thiết kế kháng chấn cho công trình ngầm [7]

Các phương pháp chủ yếu đánh giá ảnh hưởng của động đất đến kết cấu công trình bao gồm: Phương pháp quan trắc nguyên trạng, phương pháp thí nghiệm mô hình và phương pháp phân tích lý thuyết Trong đó phương pháp thí nghiệm mô hình được sử dụng ngày càng rộng rãi do có những ưu điểm như: Trực quan quan sát cách thức và vị trí xung yếu trên kết cấu; đánh giá đến tác động qua lại của hệ đất - kết cấu dưới tác dụng của động đất [8] Một số nghiên cứu sử dụng bàn rung nghiên cứu ứng xử của kết cấu ngầm dưới tác dụng của động đất, tiêu biểu kể đến như tác giả Chen Guoxing và cộng sự [9÷11] dựa trên mô hình tàu điện ngầm đặt trong nền đất bão hoà để nghiên cứu phản ứng của mô hình trạm tàu điện ngầm dưới tác dụng của kích thích động đất có kể đến tác động qua lại giữa đất - kết cấu Jiang Luzhen và cộng

sự [12] sử dụng bàn rung và mô hình toán nghiên cứu ứng xử kết cấu ngầm làm bằng bê tông cốt thép có mặt cắt ngang dạng hộp, nhằm nghiên cứu nội lực xuất hiện trong kết cấu, đồng thời so sánh sự khác nhau giữa gia tốc đỉnh xuất hiện tại các điểm trên kết cấu và gia tốc tại các điểm liền

kề trong đất

Các nghiên cứu trên cho thấy, phản ứng của kết cấu ngầm khi chịu tác dụng của động đất rất phức tạp, đòi hỏi nhiều nghiên cứu sâu hơn nữa

cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm nhằm hiểu rõ hơn

về phản ứng của công trình ngầm khi động đất xảy ra, đồng thời đưa ra các biện pháp kháng chấn hiệu quả cho công trình ngầm Nghiên cứu này áp dụng phương pháp thí nghiệm mô hình để đánh giá ứng xử của kết cấu ngầm dưới ảnh hưởng của sóng kích thích động đất Kết cấu

ngầm cấu tạo gồm 2 tầng 3 nhịp, được làm từ bê

tông cường độ thấp (micro-concrete) và sợi kẽm

nhằm mô phỏng kết cấu ngầm trong thực tế Tỷ

lệ hình học của mô hình và nguyên trạng là 1/30

Thí nghiệm thực hiện tại Phòng thí nghiệm trọng

điểm quốc gia về động đất của trường đại học

Đồng Tế, Trung Quốc Kết quả thí nghiệm làm tài

liệu tham khảo cho đánh giá kháng động đất các

công trình tương tự, cũng như một lần nữa

nghiệm chứng lại các lý thuyết nghiên cứu về

kháng chấn công trình ngầm

2 Thiết bị thí nghiệm

2.1 Bàn rung

Bàn rung sử dụng trong thí nghiệm có kích

thước 4mx4m, dùng điện và các pitong thuỷ lực

để tạo ra kích thích theo cả 3 phương Bàn rung

có thể chịu tải trọng tối đa là 25 tấn, tạo ra gia tốc

lớn nhất theo phương ngang và phương đứng là

4g (g là gia tốc trọng trường), trong phạm vi dải

tần số từ 0.1Hz đến 50Hz Hệ thống thu tín hiệu

có tối đa 128 cổng thu

2.2 Thùng chứa mô hình

Trong thí nghiệm sử dụng bàn rung, việc lựa chọn hình thức thùng chứa là rất quan trọng, ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm Các loại thùng chứa có thể chia ra thành 3 loại chính, bao gồm: (1) thùng chứa dạng hộp làm bằng thép cứng; (2) thùng chứa được ghép bằng các thanh thép cứng; (3) thùng chứa dạng trụ tròn làm bằng vật liệu mềm Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra, sử dụng thùng chứa loại thứ 3 trong thí nghiệm bàn rung, các thông số đo đạc từ thí nghiệm gần sát với mô hình thực tế hơn so với sử dụng thùng chứa loại 1

và loại 2 (xem [13]) Do vậy, thí nghiệm này lựa chọn chế tạo thùng chứa loại thứ 3

Hình 1 và hình 2 cho thấy hình ảnh thực tế và mặt cắt ngang thùng chứa sử dụng trong thí nghiệm Thùng chứa dạng trụ tròn đường kính 3m, cao 1.5m, thành làm bằng cao su dày 4mm, được bao bọc bởi các vòng thép loại đường kính 6mm, mật độ 5cm/1 vòng Thùng chứa được cố định trong khung thép hàn bằng thép chữ L và chữ I, đáy khung thép đổ 1 lớp bê tông dày 5cm Trên khung thép có các ốc vít để cổ định thùng chứa và bàn rung

Hình 1 Thùng chứa mô hình thí nghiệm

Structure Model soil

Hình 2 Mặt cắt ngang thùng chứa

2.3 Mô hình thí nghiệm

Dựa trên nguyên mẫu thiết kế của một nhà

ga dọc tuyến tàu điện ngầm số 2 tại Thượng Hải,

thí nghiệm lựa chọn tỷ lệ tương đương hình học

là 1/30, sử dụng sợi kẽm và bê tông cường độ

thấp (micro-concrete) để chế tạo mô hình Kích

thước tổng thể của mô hình: Dài x rộng x cao

tương ứng là 2170mm, 715mm và 371mm Tiết

diện ngang của mô hình gồm có 2 tầng 3 gian

Dọc theo chiều dài của mô hình gồm có 8 khoang

chia đều bởi 7 trụ có tiết diện ngang 24mm x

24mm Bê tông cường độ thấp của mô hình có tỷ

lệ trộn ximăng:cát:đá:nước = 1:6: 0.6:0.5 Thí nghiệm nén mẫu bê tông kích thước 70.7 x 70.7 x 70.7mm để đo cường độ chịu nén cho kết quả cường độ chịu nén của mẫu đạt xấp xỉ 12.4 MPa Nén mẫu kích thước 7.7 x 70.7 x 210mm cho kết quả module đàn hồi của bê tông làm mô hình xấp

xỉ 11.8 GPa Đường kính sợi kẽm gồm 4 loại có đường kính từ 0.3mm đến 0.9 mm, bố trí như sau: Sợi đường kính 0.9mm bố trí ở các trụ, sợi đường kính 0.7mm bố trí ở tường bên, sợi đường kính 0.5mm bố trí ở kết cấu đầu và chân trụ, sợi 0.3mm làm sợi cốt đai Hình ảnh mô hình thí

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

Hình 5 đến hình 9 là sơ đồ bố trí các cảm

biến đo, bao gồm: Cảm biến đo gia tốc (trong

đất và trên kết cấu) và cảm biến đo chuyển vị

tại các vị trí trên bề mặt kết cấu Các cảm biến

được bố trí về hai phía của mô hình kết cấu mà

không bố trí ở mặt cắt chính giữa của kết cấu,

vì: (1) kích thước của mô hình kết cấu nhỏ,

thao tác để gắn các cảm biến vào các vị trí tại

mặt cắt chính giữa rất khó khăn, rất khó đạt

được độ chính xác cần thiết; (2) kết quả nghiên

cứu bằng mô hình toán cũng như các thí

nghiệm tương tự trước đây cho thấy rằng, kết cấu ngầm có 2 đầu ngàm cứng, từ khoảng cách 0.38b tính từ một đầu bất kỳ của kết cấu, với b

là độ rộng của kết cấu thì độ lệch giữa mômen uốn lớn nhất tại các cột trụ nhỏ hơn 5% (xem [14]) Vì lý do đó, thí nghiệm sử dụng 2 tấm nhựa tổng hợp dày 10mm chế tạo thành nắp đậy nhằm ngàm 2 đầu kết cấu, trên tấm nhựa khoan lỗ nhỏ để các dây nối với cảm biến luồn qua kết nối vào hệ thống máy tính đo tín hiệu Các cảm biến được bố trí về hai phía của kết cấu, như trên hình 5 đến hình 9

A

S1~17

S18~26

B

C

D

Hình 5 Mặt bằng sơ đồ bố trí các cảm biến

S4

S1

S2

S3

S5

S6

S7 S11

S15

S8 S12 S9 S13 S10 S14

S16

S17

Hình 6 Sơ đồ bố trí cảm biến đo chuyển vị tại

mắt cắt trục số 2 (S1 đến S17)

S21 S18

S19

S20

S24

Hình 7 Sơ đồ bố trí cảm biến đo chuyển vị tại

mắt cắt trục số 8 (S18 đến S26)

As1x As1z

As2x As2z

As3x As3z

Hình 8 Sơ đồ bố trí cảm biến đo gia tốc trên kết

cấu tại mặt cắt trục số 3 (A1 đến A3)

As4x

As6x As5x

As7x

Hình 9 Sơ đồ bố trí cảm biến đo gia tốc trên kết

cấu tại mặt cắt trục số 7 (A4 đến A7)

Af0

Af11x Af11z

Af2

Hình 10 Mặt bằng sơ đồ bố trí cảm biến đo

gia tốc trong đất

A0

Af9 Af5 Af1

Hình 11 Mặt cắt sơ đồ bố trí cảm biến đo gia tốc

trong đất

4 Sóng kích thích và các trường hợp thí nghiệm

Gia tốc kích thích sử dụng trong thí nghiệm

bao gồm 2 loại: Gia tốc của trận động đất ở El

centro và gia tốc giả thiết của khu vực thành phố

Thượng Hải, Trung Quốc (sau đây gọi tắt là sóng

SHW) Trận động đất ở El centro, California (Mỹ)

xảy ra ngày 19 tháng 5 năm 1940 có cường độ

Ms=6.9 là một trong những trận động đất được ghi lại đầy đủ nhất Thời gian chuyển động mạnh kéo dài 26 giây Sóng SHW được chọn trong Quy phạm thiết kế kháng chấn DGJ08-9-2013 [15] tại khu vực Thượng Hải, địa chất nền là đất cấp IV Gia tốc đồ và phổ Fourier của sóng El Centro và SHW như trên hình 12 đến hình 15

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4 El Centro

time (sec)

Hình 12 Gia tốc đồ của sóng El Centro

-0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03

time (sec)

Hình 13 Gia tốc đồ của sóng SHW

0 5 10 15 20 25 30

0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

0.014

Frequency (Hz)

Hình 14 Phổ gia tốc của sóng El Centro

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006

Frequency (Hz)

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

STT Gia tốc Ký hiệu Giá trị cực đại

(g) Phương

3 El Centro wave El7 0.42; 0.38 Ngang,

đứng

4 Shanghai wave SH8 0.47; 0.32 Ngang,

đứng

5 El Centro wave El10 0.99g Ngang

5 Kết quả thí nghiệm và phân tích

5.1 Gia tốc trong đất

Hình 16 đến hình 19 trình bày hệ số khuếch

đại gia tốc (AMF-Acceleration Magnification

Factor) của các điểm quan trắc trong đất ứng với

các trường hợp thí nghiệm Cột bên trái biểu thị

hệ số khuếch đại gia tốc theo độ sâu ứng với các

giá trị gia tốc khác nhau Cột bên phải là biến

thiên gia tốc theo thời gian tại các điểm quan trắc

Từ các biểu đồ trên, có thể nhận thấy, đối

với sóng kích thích có đỉnh gia tốc nền (viết tắt là

PGA-Peak Ground Acceleration) nhỏ (như trường

hợp sóng El2, SH3, và El7, SH8), hệ số khuếch

đại gia tốc AMF tăng từ đáy lên bề mặt đất mô hình Tại bề mặt đất, giá trị AMF nằm trong khoảng từ 0.57 đến 0.85 Ngược lại đối với sóng kích thích có PGA lớn hơn (trường hợp El10, SH11 và El15, SH16), hệ số khuếch đại gia tốc

có xu hướng giảm dần từ đáy lên bề mặt Điều này được lý giải do ứng xử phi tuyến và mềm hóa của đất mô hình khi chịu kích thích của sóng có gia tốc lớn

Ở các trường hợp thí nghiệm, khi sóng kích thích có cùng độ lớn PGA, hệ số khuếch đại gia tốc gây ra bởi sóng kích thích El bé hơn so với hệ

số khuếch đại gia tốc gây ra bởi sóng kích thích SHW

0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Peak AMF

El2 SH3

A0 A9

A1

A5

-0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15

time (s)

El2-A9

-0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15

time (s) El2-A5

-0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15

time (s)

El2-A1

-0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20

time (s)

SH3-A9

-0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10

time (s)

SH3-A5

0 5 10 15 20

-0.25 -0.20 -0.10 -0.050.00 0.05 0.15 0.20

time (s) SH3-A1

Hình 16 Hệ số khuếch đại gia tốc của các điểm trong đất ứng với sóng kích thích El2 và SH3

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Peak AMF

El7 SH8

A0

A9

A1

A5

-0.20 -0.15 -0.10 -0.050.00 0.05 0.10 0.15 0.20

time (s)

El7-A9

-0.20 -0.15 -0.10 -0.050.00 0.05 0.10 0.15 0.20

time (s) El7-A5

-0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30

time (s)

El7-A1

-0.20 -0.15 -0.10 -0.050.00 0.05 0.10 0.15 0.20

time (s)

SH8-A9

-0.25 -0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15

time (s)

SH8-A5

0 5 10 15 20

-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3

time (s) SH8-A1

Hình 17 Hệ số khuếch đại gia tốc của các điểm trong đất ứng với sóng kích thích El7 và SH8

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Peak AMF

El10 SH11

A0 A9

A1

A5

-0.8 -0.6 -0.4 -0.20.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

time (s)

El10-A9

-1.0 -0.6 -0.4 -0.20.0 0.2 0.6 0.8 1.0

time (s) El10-A5

-0.8 -0.6 -0.4 -0.20.0 0.2 0.4 0.6 0.8

time (s)

El10-A1

-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 0.0 0.2 0.6 0.8 1.0

time (s)

SH11-A9

-1.0 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.6 1.0

time (s)

SH11-A5

0 5 10 15 20

-1.0 -0.6 -0.20.0 0.4 0.8

time (s) SH11-A1

Hình 18 Hệ số khuếch đại gia tốc của các điểm trong đất ứng với sóng kích thích El10 và SH11

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Peak AMF

El15 SH16

A0

A9

A1

A5

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2

time (s)

El15-A9

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2

time (s) El15-A5

-1.0 -0.8 -0.6 -0.20.0 0.2 0.4 0.8 1.0

time (s)

El15-A1

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2

time (s)

SH16-A9

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2

time (s)

SH16-A5

0 5 10 15 20

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2

time (s) SH16-A1

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

Hình 20 biểu thị gia tốc đỉnh tại các điểm quan

trắc bố trí ở bản đáy, bản sàn tầng 2 và trần tầng

2 của kết cấu Từ quan hệ trên nhận thấy, khi

đỉnh gia tốc nền, gia tốc trên kết cấu cũng tăng

dần từ dưới lên trên, đạt giá trị lớn nhất tại trần của tầng trên cùng kết cấu

Độ lệch giữa đỉnh gia tốc tại trần tầng trên

và bản đáy tầng dưới tăng khi giá trị đỉnh gia tốc nền tăng Phân tích số liệu cho thấy, khi thí

nghiệm với sóng El2 và SH3, giá trị độ lệch

tương ứng là 1.87% và 4.73% Tuy nhiên, giá trị

độ lệch tương ứng là 16.5% và 19.9% ứng với

trường hợp sóng kích thích El15 và SH16

Phân tích cũng cho thấy, khi kết cấu ngầm chịu kích thích với cùng giá trị của đỉnh gia tốc nền, gia tốc trên kết cấu gây ra bởi sóng El luôn nhỏ hơn gia tốc gây ra bởi sóng SHW

0.05 0.10 0.15 0.20

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

Peak acceleration (g)

El2 SH3

As3 As2 As1

0.1 0.2 0.3 0.00

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40

Peak acceleration (g)

El7 SH8

As3 As2 As1

0.3 0.4 0.5 0.6 0.00

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40

Peak acceleration (g)

El10 SH11

As3 As2 As1

0.5 0.6 0.7 0.00

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40

Peak acceleration (g)

El15 SH16

As3 As2 As1

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

Hình 21 biểu thị biến dạng cực đại tại các vị

trí đo trên bề mặt kết cấu tương ứng với các

trường hợp sóng kích khác nhau Trong thí

nghiệm, tại một số vị trí quan trắc hệ thống máy

tính không thu được tín hiệu từ cảm biến (no

signal)

Từ hình 21 có thể nhận thấy: Giá trị biến dạng

lớn nhất tại các vị trí đo trên kết cấu tăng khi đỉnh

gia tốc sóng kích thích tăng Ứng với mỗi trường

hợp thí nghiệm, biến dạng tại đỉnh cột hoặc tại

chân cột đạt giá trị lớn nhất Tại các điểm này, kết

cấu xuất hiện đồng thời cả biến dạng uốn và biến

dạng cắt, là vị trí yếu nhất của kết cấu khi kết cấu

chịu tác dụng của kích thích động đất Dựa vào

kết quả trên có thể đưa ra các biện pháp kỹ thuật làm giảm tác dụng của sóng kích thích động đất lên kết cấu ngầm bằng cách tăng cường khả năng chịu lực tại các vị trí đỉnh và chân cột Tại các vị trí gần góc của bản sàn và đỉnh tường bên kết cấu, biến dạng đạt giá trị nhỏ nhất Điều này cho thấy, khi chịu kích thích động đất tại các điểm sát góc của bàn sàn hoặc tại đỉnh tường bên, lực uốn tăng thêm là nhỏ nhất Tại các vị trí quan trắc, khi chịu tác dụng của cùng giá trị đỉnh gia tốc nền, biến dạng trên kết cấu tương ứng với sóng kích thích El và sóng SHW không khác nhau nhiều và biến thiên không

có quy luật rõ ràng

a)

26.77 31.27

no signal

8.44

125.17

463.26 84.52

67.4

37.54 106.24 100.5 173.42 219.6 240.64

5.56

3.92

no signal

135.96 59.32

380.74

no signal

12.04

165.99 22.76 105.6 236.59

b)

29.81 24.53

24.2

123.73

473.12 94.06

68.68

33.77 107.68 54.43 165.2 224.6 239.4

6.84

6.48

no signal

no signal

134.12 57.4

385.55

14.12

142.1 27.0 108.7 229.86

no signal

c)

no signal

no signal

32.78 14.19

16.7

121.4

482.74 110.9

72.05

32.33 11.85 54.0 138.05 231.3 231.71

6.47

131.71 57.8

386.51

17.89

142.9 34.86 107.4 215.67

d)

no signal

no signal

35.51 11.39

60.01

124.29

498.4 119.8

75.1

28.56 113.14 159.1 141.1 231.3 232.7

4.87

131.47 58.84

386.99

17.89

146.83 36.3 105.2 214.62

e)

no signal

no signal

34.7 0.96

23.36

120.92

502.5 138.8

71.65

30.16 105.12

195.6 109.26 231.2 223.2

6.04

6.64

127.38 53.15

388.68

21.01

141.53 43.68 111.9 195.78

no signal

f)

35.99

12.02

29.37

117.55

523.8 159.2472.45 16.69 105.36

375.1 90.1 233.6 226.1

20.15

8.57

no signal

no signal

125.69 52.75

388.11

23.02

133.44 45.12 113.6 192.17

no signal

g)

40.48 21.48

21.7

110.82

521.9 168.9

78.63

23.19 107.6 319.8 65.4 235.8 220.7

30.17

14.1

no signal

no signal

127.22 56.76

385.95

17.33

144.74 44.16 109.8 189.93

no signal

h)

41.12 29.26

24.32

108.17

548.47 183.54

77.1

10.2 103.43

529.11 49.35 235.8 226.05

35.31

16.83

no signal

no signal

126.26 57.16

382.9

18.13

143.38 45.2 108.6 189.69

no signal

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

6 Kết luận

Bài báo trình bày kết quả thí nghiệm sử dụng

bàn rung nghiên cứu ứng xử của kết cấu công

trình ngầm khi chịu tác dụng của kích thích động

đất Các kết luận sau đây được rút ra từ thí

nghiệm:

Khi sóng kích thích có gia tốc đỉnh nhỏ (nhỏ

hơn 0.47g), hệ số khuếch đại gia tốc của các

điểm trong đất tăng dần từ đáy lên bề mặt đất mô

hình Khi sóng kích thích có gia tốc đỉnh lớn (lớn

hơn 0.96g), hệ số khuếch đại gia tốc của các

điểm trong đất giảm dần từ đáy lên bề mặt đất

Khi chịu kích thích của sóng có cùng độ lớn

gia tốc đỉnh, gia tốc tại bản đáy kết cấu là nhỏ

nhất, tăng dần ở bản sàn tầng trên và đạt giá trị

lớn nhất tại trần tầng trên của kết cấu Độ lệch

giá trị gia tốc đỉnh tại trần và bản đáy của kết cấu

tăng khi gia tốc nền cực đại của sóng kích thích

tăng

Biến dạng tại vị trí đỉnh và chân cột đạt giá trị

lớn nhất so với các vị trí còn lại trên kết cấu Tại

các vị trí gần tường bên và bản sàn biến dạng

xuất hiện có giá trị bé nhất

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lida H, Hiroto T, Yoshida N, Jwafuji M “Damage

to Daikai subway station”, soils and foundations,

special issue on geotechnical aspects of the 17

January 1995 Hyogoken-Nambu Earthquak

Japn Geotech Soc 1996:283-300

[2] Yoshida N, Nakamura S (1996) "Damage to

Daikai subway station during the 1995

Hyogoken-Nunbu earthquake and its

investigation" Eleventh World Conference on

Earthquake Engineering, Paper No 2151

[3] Xuehui An, Ashraf A, Shawky &Koichi Maekawa

The collapse mechanism of a s``ubway station

during the great Hanshin earthquake Cement

and concrete composites 19 (1997): 241-257

[4] N.Yoshida, and S Nakamura “Damage to

Daikai subway station during the 1995

Hyogoken-Nambu earthquake and its

investigation” Eleventh World Conference on

Earthquak Engineering, 1996

[5] Tiwatate, Y Kobayashi, H Kusu and K Rin

“In-vestigation and shaking table test of subway

structures of the Hyogoken-Nanbu earthquake”

The 12 WCEE 2000

[6] Zhuang Haiyang, Yu Xu, Zhu Chao, Jin Danda

“Shaking table test for the seismic response of

a base-isolated structure with the SSI effect” Soil Dynamics and Earthquake Engineering 67 (2014): 208-218

[7] Youself M.A Hashash, Jeffrey J Hook, Birger Schmidt, John I-Chiang Yao “Seimic design and analysis of underground structures” Tunnelling and Underground Space Technology

16 (2001): 247-293

[8] Zheng Yonglai Yang Linde, Li Wenyi, Zhoujian Earthquake resistance of underground structure Tongji University Press (The second edition,

2010 (tiếng Trung))

[9] Chen Guoxing, Chen Su, Zuo Xi, Du Xiuli, QI Chengzhi, Wang Zhihua Shaking table tests and numerical simulaitons on a subway structure in soft soil Soil Dynamics and Earthquake Engineering 76 (2015): 13-28 [10] Guoxing Chen, Zhihua Wang, Xi Zuo, Xiuli Du, Hongmei Gao Shaking table test on the seismic failure characteristics of a subway station structure on liquefiable ground Earthq Eng Struct Dyn 2013;42(10):1489–507

[11] Guoxing Chen, Haiyang Zhang, Xiuli Du, Liang

Li, Shaoge Cheng Analysis of large-scale shaking table test of dynamic soil-subway station interaction Earthq Eng Eng Vib 2007;27(2):171–6 (tiếng Trung)

[12] Jiang Luzhen, Chen Jun, Lijie “Seismic response of underground utility tunnels: shaking table testing and FEM analysis” Earthquake Engineering and Engineering Vibration 9 (2010): 555-567

[13] Robb E S Moss, Steven Kuo and Victor Crosariol “Shaking table testing of seismic soil-foundation-structure-interaction” Geo-Frontiers, ASCE 2011, P4369-4377

[14] Ji Quanqian “Shaking table testing on underground subway station structures” Ph.D dissertation China: Tongji University: Shanghai, June 2002

[15] Code for seismic deign of buildings

DGJ08-9-2013

Ngày nhận bài:28/12/2015

Ngày nhận bài sửa lần cuối: 29/02/2016