Nghiên cứu giải pháp ổn định và nâng cao hiệu quả giảm chấn cho nhà cao tầng được cách ly đáy (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- NGUYỄN XUÂN ĐINH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢM CHẤN CHO NHÀ CAO TẦNG ĐƯỢC CÁCH LY ĐÁY L

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN XUÂN ĐINH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢM CHẤN CHO NHÀ CAO TẦNG ĐƯỢC

CÁCH LY ĐÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội – 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS LÊ XUÂN TÙNG

Hà Nội – 2015

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Khoa Sau Đại học với những chỉ dẫn và giúp đỡ trong quá trình học tập cũng như trong quá trình làm luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Lê Xuân Tùng - người trực tiếp

hướng dẫn khoa học, các thầy cô giáo trong Bộ môn Bê tông cốt thép và bộ môn Kết cấu thép - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã có những ý kiến

đóng góp quý báu cho nội dung của luận văn

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn gia đình và các bạn đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Với thời gian nghiên cứu cũng như năng lực của bản thân vẫn còn nhiều hạn chế, luận văn chắc không tránh khỏi những thiếu sót, tồn tại Tôi mong muốn nhận được nhiều ý kiến đóng góp quý báu từ phía các nhà khoa học, các thầy cô giáo và bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Xuân Đinh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Xuân Đinh

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ

Ký hiệu chữ cái và chữ La tinh

R Bán kính cong của bán cầu lõm

μ Hệ số ma sát giữa khớp trượt và bề mặt bán cầu lõm của con lắc

M Là khối lượng công trình

J Hệ số giảm tác động ngang gây lật do dao động gây ra

Fij Lực động đất phân bố cho tầng j trong dạng dao động riêng thứ i

hj Cao độ tầng thứ j

f Chuyển vị theo phương ngang tại đỉnh kết cấu

Chữ viết tắt

TMD Tuned Mass Damper

TBTTNL Thiết bị tiêu tán năng lượng

HMD Hybrid Mass Damper

TLD Tuned Liquid Damper

LRB Lead rubber bearings

HDRB High damping rubber bearings

TCXDVN Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam

FPS Friction pendulum system

DCFP The double concave Friction Pendulum

Thuật ngữ

Công trình được giảm chấn: Damped structure

Độ cản: Damping

Thiết bị giảm chấn: Damper

Giảm chấn thụ động: Passive control

Giảm chấn chủ động: Active control Cản ma sát: Friction damper

Cản đàn nhớt: Viscous/visco-elastic damper Cản thủy lực: Oil damper Đàn hồi tuyến tính: Linear spring

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

Số hiệu

bảng, biểu

Tên bảng, biểu Trang

Bảng 1.1 Độ lệch và tỷ lệ lực cắt trong hệ giằng lưới với các

Bảng 1.2 Sự thay đổi của độ nghiêng và độ chuyển dịch 17

Bảng 1.4 Sự thay đổi của độ nghiêng và độ chuyển dịch 20

Bảng 1.5 So sánh tỷ số cản của các LRB với đường kính lõi chì

Bảng 3.1 Kết quả tính toán hệ số các gối cách ly đáy 68

Bảng 3.3 Chuyển vị tại các tầng công trình khi chịu tải trọng

Bảng 3.4 Chuyển vị của các mode tại các tầng công trình 77

Bảng 3.5 Mô men cột dầm khi chịu tải trọng ( TT + 0.6HT +

Bảng 3.6 Chuyển vị lớn nhất tại các tầng công trình khi chịu

tải trọng và chịu động đất EL Centro 80 Bảng 3.7 Chuyển vị của các mode tại các tầng công trình 81 Bảng 3.8 Mô men cột dầm chịu tải trọng( TT + 0.6HT + DD ) 82 Bảng 3.9 Chuyển vị lớn nhất tại các tầng công trình 84

Bảng 3.10 Chuyển vị của các modetại các tầng công trình 85

Bảng 3.11 Mô men dầm khung trục chịu tải trọng (TT + 0.6HT

Bảng 3.12 Chuyển vị tại các tầng công trình 88

Bảng 3.13 Chuyển vị của các mode tại các tầng công trình 90 Bảng 3.14 Mô men cột, dầm các phương án chịu tải trọng TT

Hình 1.4 Chuyển vị của công trình có tầng cứng 9

Hình 1.5 Cơ quan đầu não của CCTV, Beijing 10 Hình 1.6 Kaiserslautern Landmark, Germany 10

Hình 1.7 Toà nhà Swiss Re, London 10

Hình 1.9 Hệ giằng lưới với góc 71.6 0 12 Hình 1.10 Mô hình hệ giằng lưới của công trình 12

Hình 1.11 Sự phân phối lực dọc trong thanh ở mép 14 Hình 1.12 Sự phân phối lực dọc trong thanh giữa 14

Hình 1.13 Độ lệch của hệ giằng lưới khi góc thay đổi 16

Hình 1.14 Tỷ lệ lực cắt hệ giằng lưới khi góc thay đổi 16

Hình 1.15 Quan hệ giữa trọng lượng kết cấu với các góc khác

nhau trong hệ giằng lưới 17 Hình 1.16 Quan hệ giữa độ chuyển dịch của các hệ với trọng

mật độ giằng lưới Hình 1.19 Quan hệ giữa trọng lượng kết cấu và mật độ giằng lưới 20 Hình 1.20 Quan hệ giữa độ lệch của các mô hình kết cấu giằng

lưới và trọng lượng kết cấu công trình 21

Hình 1.26 Các thanh không được bọc cho thấy các bộ phận chỉ bị nén 24

Hình 1.28

Tòa nhà 32 tầng, diện tích sàn 85.000m 2 , hệ giảm chấn được sử dụng là giải pháp sử dụng bộ giảm chấn cản nhớt

Hình 1.34 Công trình cách ly đáy kết hợp hệ giằng giữ ổn định 36

Hình 2.14 Giản đồ gia tốc nền EL Centro 1940 46

Hình 2.29 Biểu đồ mômen M 3 55

Hình 3.15 Khai báo các hệ số phương U1,U2 70

Hình 3.18 Kết quả gán của phương án thứ 3 72

Hình 3.19 Sơ đồ kết cấu của phương án 3 73

Hình 3.20 Đưa động đất El centro vào Etabs 74

Hình 3.22 Các dạng dao động riêng phương án 1 78

Hình 3.23 Biểu đồ mô men cột chịu tải trọng ( TT + 0.6HT + DD

Hình 3.24 Biểu đồ mô men dầm chịu tải trọng ( TT + 0.6HT +

Hình 3.26 Các dạng dao động riêng phương án 2 82 Hình 3.27 Biểu đồ mô men cột chịu tải trọng ( TT + 0.6HT + DD

Hình 3.28 Biểu đồ mô men dầm chịu tải trọng ( TT + 0.6HT +

Hình 3.30 Biểu đồ dạng dao động riêng phương án 3 86

Hình 3.31 Biểu đồ mô men cột chịu tải trọng (TT + 0.6HT + DD ) 87

Hình 3.32 Biểu đồ mô men dầm chịu tải trọng (TT + 0.6HT + DD

Hình 3.34 Biểu đồ so sánh dạng dao động riêng 91

Hình 3.35 Biểu đồ so sánh mô men cột các phương án 93

Hình 3.36 Biểu đồ so sánh mô men dầm các phương án 94

Mục đích nghiên cứu:

- Đề xuất giải pháp tách rời phần thân và phần móng (cách ly đáy);

- Đề xuất giải pháp giữ ổn định tổng thể cho công trình;

- Khảo sát tòa nhà 30 tầng với hai phương án: cách ly đáy và không cách

ly đáy;

- So sánh nội lực và chuyển vị giữa hai phương án;

- Cho thấy hiệu quả của giải pháp đề xuất

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu cho nhà cao tầng chịu tải trọng động đất được tính theo giản đồ gia tốc nền

Phương pháp nghiên cứu:

- Phân tích ý nghĩa của giải pháp cách chấn đáy;

- Đề xuất cấu tạo tại vị chí cách ly;

- Dựng mô hình;

- Khảo sát mô hình sử dụng phần mềm ETABS;

- Kết quả cho dưới dạng bảng số và biểu đồ

2

Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài

- Đề tài chỉ ra được hiệu quả giảm chuyển vị và nội lực của công trình được cách ly đáy kết hợp giải pháp giữ ổn định;

- Giảm đáng kể tải trọng động đất lên công trình; do đó sẽ làm giảm được tiết diện và đem lại hiệu quả kinh tế

Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu ,kết luận và kiến nghị, luận văn có phần nội dung được chia thành 3 chương:

Ba chương gồm:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở khoa học

Chương 3: Tính toán áp dụng

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

Email: digilib.hau@gmail.com

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

99

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN :

Qua vấn đề nghiên cứu, nội dung đề tài đạt được những vấn đề sau:

- Trong trường hợp cách ly đáy thì nội lực của công trình, chênh lệch chuyển vị ngang giữa đỉnh và đáy công trình nhỏ hơn nhiều so với trường hợp không cách ly Từ đó thấy được tính hiệu quả trong việc cách ly đáy công trình

- Giảm tác động động đất lên công trình (không cho tác động động đất truyền trực tiếp lên công trình)

- Chỉ ra được sự ổn định của công trình khi được cách ly đáy nhờ hệ các thanh giằng liên kết công trình với vách cứng

KIẾN NGHỊ

- Tiếp tục nghiên cứu bằng thực nghiệm làm rõ hơn hiệu quả của việc cách ly đáy để ứng dụng đề tài vào thực tiễn

2 Kết cấu nhà bê tông cốt thép – PGS.TS Nguyễn Thanh Huấn

3 Đoàn Tuyết Ngọc, Nguyễn Thanh Tùng (1999), “Các thiết bị cô lập động đất”, Tạp chí khoa học và chuyển giao công nghệ

4 Nguyễn Xuân Thành (2006), “Hiệu quả của đệm giảm chấn trong chế ngự dao động kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng động đất”, Tuyển tập Hội nghị Khoa học Toàn quốc Cơ học Vật rắn Biến dạng lần thứ VIII

5 Trần Tuấn Long (2007), Dao động của kết cấu khung nhà nhiều tầng

có thiết bị giảm chấn HDR, Luận văn Thạc Sỹ Trường Đại học Xây dựng

6 Lê Xuân Tùng (2012) “Thiết kế một số dạng gối cách chấn trong công trình chịu động đất” Luận án tiến sĩ kỹ thuật

7 Lê Xuân Tùng (2012) “Thiết kế gối cách chấn đàn hồi trong công trình chịu động đất”, Tạp chí Kết cấu và Công nghệ Xây dựng, số 9 năm 2012

8 Lê Xuân Tùng (2005) “Thiết kế cao ốc văn phòng khi có bộ giảm chấn TMD"

9 Bùi Thị Thúy (2010), Góp phần nghiên cứu dao động phi tuyến của cơ

hệ có đạo hàm cấp phân số, Luận văn Thạc sĩ, ngành Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội

10 Trần Văn Cường (2012) - Nghiên cứu giải pháp chế ngự dao động trong công trình cách ly đáy kết hợp hệ giằng thép tiêu tán năng lượng

Tiếng Anh:

11 Parzad Naeim, James M Kelly (1999), Design of seismic isolated structures: from theory to practice © Copyright © l999 by John Wiley

& Sons , Inc

12 M C Constantinou, A S Whittaker, Y Kalpakidis, D M Fenz and

G P Warn (2007), Performance of Seismic Isolation Hardware under Service and Seismic Loading, State of California Department of Transportation Project 65A0174 MCEER Highway Project TEA-21, ext-3A and ext-3C

13 Rachel Lynn Husfeld (2008), Base isolation of a Chilean masonry house: a comparative study, Master of Science, Texas A&M University

14 Kojima, H and Fukahori, Y (1989), “Performance and Durability of High Damping Rubber Bearings for Earthquake Protection”, distributed by Bridgestone Corp., Japan with other documentation on its seismic isolation products

15 Pan, T.-C., and Yang, G (1996) "Nonlinear analysis of base-isolated MDOF structures." Proc., 11th World Conf Earthquake Eng., Mexico,

17 Hwang, J S., Wu, J D., Pan, T.-C., and Yang, G (2002), "A mathematical hysteretic model for elastomeric isolation bearings", Earthquake Eng Struct Dyn., 31, 771-789

18 A.R Bhuiyan, Y Okui, H Mitamura, T Imai (2009), “A theology model of high damping rubber bearings for seismic analysis: Identification of nonlinear viscosity”, International Journal of Solids and Structures 46, p.p 1778–1792

19 Bong Yoo, Jae-Han Lee and Gyeong-Hoi Koo (2001), “Effects of Lead Plug in Lead Rubber Bearing on Seismic Response for an isolated Test structure”, Transaction, SMIRT 16, Washington DC,p.p1789-1795

20 Doudoumis, I.N., Gravalas, F., Doudoumis, N.I (2005), “Analytical Modeling of Elastomeric Lead – Rubber Bearings With the Use of

Computational Mechanics Limassol, 29June – 1July, pp 1-8

21 Ryan, K.L., Kelly, J.K., Chopra, A.K (2005), “Nonlinear Model for Lead – Rubber Bearings Including Axial-Load Effects”, Journal of Engineering Mechanics, ASCE, pp 1270-1278

22 Hwang, J.S., Hsu, T.Y (2000), “Experimental Study of Isolated

near-24 M C Constantinou, A S Whittaker, Y Kalpakidis, D M Fenz and

G P Warn (2007), Performance of Seismic Isolation Hardware under Service and Seismic Loading, State of California Department of Transportation Project 65A0174 MCEER Highway Project TEA-21, ext-3A and ext-3C

25 Dinu Bratosin, Tudor Sireteanu (2002) “Hysteretic damping modelling by nonlinear Kelvin - Voigt model” Proceedings of the Romanian Academy – Series A: Mathematics, Physics, Technical Sciences, Information Science, 3, pp.99-104

26 Dinu Bratosin (2003), “On dynamic behaviour of the antivibratory materials”, Proceedings of the Romanian Academy, 4, 3, pp.205-210

27 A S Mokha,, M C Constantinou and A M Reinhorn (1990), “Teflon bearing in base isolation I, Testing”, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol 116, pp.438-454

28 Panos C Dimizas and Vlasis K Koumousis (2005), “System identification of non-linear hysteretic systems with application to friction pendulum isolation systems”, 5th GRACM International Congress on Computational Mechanics Limassol, 29 June – 1 July

29 P.C Tsopelas, P.C Roussis, M.C Constantinou, R Buchanan and A.M Reinhorn (2005), 3D-BASIS-ME-MB: Computer Program for Nonlinear Dynamic Analysis of Seismically Isolated Structures, Technical Report MCEER-05-009

30 Almazan, J L., and De la Llera, J C (2003), “Physical model for dynamic analysis of structures with FPS isolators”, Earthquake Eng Struct Dyn., 32, 1157-1184

31 M.Rabiei (2008), “Effect of bearing characteristics on the response of friction pendulum base-isolated buildings under three components of earthquake excitation”, NZSEE Conference

32 Yen-Po Wang, Lap-Loi Chung and Wei-Hsin Liao (1998), “Seismic response analysis of bridges isolated with friction pendulum bearings”, Earthquake Engng Struct Dyn 27, 1069-1093

33 Almazan, J L., and De la Llera, J C (2002), “ Analytical model of structures with frictional pendulum isolators”, Earthquake Engng Struct Dyn; 31:305–332

34 Daniel M Fenz and Michael C Constantinou (2006), “Behaviour of the double concave Friction Pendulum bearing”, Earthquake engineering and structural dynamics Earthquake Engng Struct Dyn 2006; 35:1403–1424

35 Hyakuda T, Saito K, Matsushita T, Tanaka N, Yoneki S, Yasuda M, Miyazaki M, Suzuki A, Sawada T (2001), “The structural design and earthquake observation of a seismic isolation building using Friction

Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Vibrations

of Structures, Assisi, Italy

36 M Malekzadeh; and T Taghikhany (2010), “Adaptive Behavior of Double Concave Friction Pendulum Bearing and its Advantages over Friction Pendulum Systems” Transaction A: Civil Engineering Vol

17, No 2, pp 81-88 Sharif University of Technology, April