bai tap tinh dong dat

tính toán dông đất bài tập và tải trọng gió nhà cao tầng

Trang 1

Th.s: Trần Đức Tùng 1

Câu 4:Nêu đặc điểm của các thang dùng để đánh giá sức mạnh của động đất

 Đánh giá sức mạnh của động đất sử dụng các thang sau:

- Thang cường độ động đất và thang độ lớn động đất;

 Thang cường độ động đất:

- Thước đo vẫn đang sử dụng, in ra bản dồ cường độ động đất

- Biểu thị độ mạnh hoặc sức tàn phá của một trận động đất lên con người và các công trình xây dựng tại một khu vực cụ thể nào đó

- Được lập trên cơ sở cảm giác chủ quan của con người và mức độ bị phá hoại của các công trìn xây dựng Chính vì thế thang cường độ động đất mang yếu tố chủ quan và phụ thuộc vào khoảng cách tâm chấn

- Dễ hiểu, dễ quyết định và được sử dụng rộng rãi

Thang MSK 64:

- Chia cường độ động đất từ cấp I đến cấp XII, được sử dụng rãi ở Nga và các nước Đông Âu, Việt Nam,

Thang JMA;

- Do cơ quan khí tượng Nhật Bản đề xuất làm 8 cấp, được sử dụng cho tới nay

 Thang độ lớn động đất:

- Biểu thị quy mô lớn hoawchj nhỏ của một trận động đất

- Được biểu thị thông qua hàm looga của năng lượng được giải phóng Động đất cần có một thang đo định lượng chặt chẽ mang tính toàn cầu:

1931 Wadati (Japan) đến 1935 Charles Richter (California)

Thang Richter :

- Độ lớn M của một trận động đất là log thập phân của biên độ cực đại A đo bằng micron(µm) ghi được tại một điểm cách chấn tâm 100km bằng một địa chấn kế xoắn do H.O.Wood vàJ.Anderson thiết kế

- Đo biên độ của phổ chuyển động nền đất với chu kỳ dao động trong khoảng

từ 0.5-1.5 giây và không phân biệt các loại sóng địa chấn khác nhau

- Còn gọi là thang độ lớn địa phương (ML)

Trang 2

- Địa chấn kế Wood-Anderson không còn tác dụng khi đặt cách chấn tiêu trên 1.000km

 Các thang độ lớn động đất khác:

- Được xác định theo cùng cách thức nhưng từ các số liệu ghi được bởi các thiết bị có chu kỳ dài, phù hợp cho các khoảng cách chấn tâm lớn

- Trị số độ lớn của một trận động đất không phải là duy nhất mà phụ thuộc vào loại sóng địa chấn được xét tới

a) Thang độ lớn sóng mặt (Ms) đo các biên độ sóng mặt R có chu ky bằng 20s, thường gặp ở các trận động đất rất xa với khoảng cách chấn tâm trên 2000km Thang này được Gutenberg va Richter đề xuất năm 1936 va thường được dùng cho các trận động đất trung bình tới lớn Biểu thức xác định Ms như sau:

Ms = logA + 1,66logL + 2,0 trong đó: L - khoảng cách chấn tâm đo bằng độ

A - chuyển vị lớn nhất nền đất khi dao động đo bằng micron

b) Thang độ lớn sóng khối (mb) đo các biên độ sóng P có chu kỳ khoảng 1,0s Thang này phù hợp cho các trận động đất rất sâu với sóng mặt yếu, không bị ảnh hưởng độ sâu nguồn chấn, được Gutenberg đề xuất vào năm 1945 Thang mb có thể

đo các trận động đất xa với khoảng cách trên 600km Quan hệ mb và biên độ A va chu kỳ T như sau:

mb = logA-logT + 0,011 + 5,9 trong đó: A - biên độ của sóng P;

T - chu kỳ dao động (s);

L - khoảng cách chấn tâm đo bằng độ

c) Thang độ lớn momen động đất (Mw) dùng để mô tả độ lớn của các trận động đất dựa trên cơ cấu phá hoại cắt sảy ra ở nơi phát sinh ra chúng Thang độ lớn momen động đất là thang duy nhất dựa trực tiếp vào lực tác động gây ra đông đất tại đứt gãy

mà không dựa vào biên đọ sóng chấn Vì vậy thang này có thể sử dụng đo toàn bộ phổ chuyển động nền đất Hàm mômen động đất Mo

M0 = G.s.A

Trang 3

trong đó: G - môđun cắt của vật chất quanh đứt gãy;

A - diện tích phá hoại ịa đứt gãy;

s- chiều dài trượt;

Liên quan đén năng lượng được giải phóng bởi động đất:

Mw=(logM0/1,5)-10,70

Trong đó Mo= moomen động đất(dyn-cm)- thể hiện quy mô của một trận động đất trực tiếp từ năng lượng giải phóng đứt gãy

d) Duration Magnitude (Md): Đo những trận động đất nhỏ

Câu 14: Trình bày khái niệm về hàm mật độ phổ của sóng địa chấn, nêu những ứng dụng cơ bản của hàm mật độ phổ:

Hàm mật độ sóng địa chấn được được biến đổi qua phép biến đổi Fourier sau:

TRong đó:

+ w: tần số năng lượng

+ a (t) : Gia tốc đồ

 Ứng dụng cơ bản hàm mật độ phổ:

1 Dùng để tính toán công trình chịu động đất;

2 Đánh giá độ bằng phẳng mặt đường ttheo phương pháp mật độ phổ:

Phương pháp đánh giá mật độ phổ là phương pháp đánh giá dựa trên các đặc trưng của quá trình ngẫu nhiên Trong sự thiết lập chung của bài toán, cao độ bề mặt mặt đường sân bay có thể được xem như là một hàm ngẫu nhiên φ(x,y) (Hình vẽ) Mỗi trắc dọc của của nó là quá trình ngẫu nhiên được cấu tạo từ 3 thành phần:

P(x) = M(x) + q(x) + Ѱ(x) hay P(x) = M(t) + q(t) + Ѱ(t) (1)

Trang 4

Trong đó: M - Mặt cắt dọc biên dạng lớn; q - Mặt cắt dọc biên dạng nhỏ; Ѱ -

Độ nhám mặt đường Ở đây, quá trình ngẫu nhiên của các trắc dọc tính toán được coi là quá trình ngẫu nhiên phụ thuộc theo thời gian khi cho 1 máy bay mô hình chuyển động với vận tốc 01m/s

3 Hàm mật độ phổ sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong truyền dẫn vô tuyến: tách sóng, trải phô, phân tích tín hiệu miền tần số,

Câu 19: Tải trọng gió gồm hai phần: thành phần tĩnh và thành phần động

1/ Giống nhau: Thành phần động và phần tĩnh của tải trọng gió được xác định theo các phương tương ứng với phương tính toán

2/ Khác nhau:

2.1 Tải trọng tĩnh: Biến dạng tĩnh và ứng suất mất ổn định Gió gây ra biến dạng uốn xoắn

2.2 Tải trọng động:

- Dao động thay đổi theo thời gian, dao động phụ thuộc dạng dao động và tần

số dao động;

- Có giới hạn về biên độ dao động và giwois hạn về phạm vi vận tốc gió gây ra trạng thái sử dụng nguy hiểm

- Gây ra gió rối, xoáy

Trang 5

1.1 Thành phần tĩnh của tải trọng gió phải được kể đến khi tính toán các nhà nhiều tầng cao dưới 36m, nhà công nghiệp một tầng có độ cao dưới 36m và tỉ số độ cao trên nhịp nhỏ hơn 1,5; xây dựng ở hai địa hình A và B

Áp lực gió tĩnh tiêu chuẩn tính toán theo công thức:

W=k*c*W 0 (a.1) Trong đó, k là hệ số kể đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao

c là hệ số khí động

W0 là áplực gió tiêu chuẩn có thể lấy theo Bản đồ Phân vùng áp lực

1.2 Thành phần động của tải trọng gió phải được kể đến khi tính toán các công trình tháp, trụ, ống khói, cột điện, thiết bị dạng cột, hành lang băng tải, các giàn giá lộ thiên…, các nhà nhiều tầng cao hơn 40 mét, các khung ngang nhà công nghiệp một tầng một nhịp có độ cao trên 36 mét và tỉ số độ cao trên nhịp lớn hơn 1,5

 Thành phần động của tải trọng gió tác động lên công trình là lực do xung của vận tốc gió và lực quán tính của công trình gây ra

 Việc tính toán công trình chịu tác dụng thành phần động của tải trọng gió gây

ra ứng với từng dạng dao động

- Lấy ví dụ so sánh hai thành phần gió động và gió tĩnh

Công trình thuộc gió vùng II, dạng địa hình B tra bảng 4 TCVN 2737:1995 có giá trị áp lực gió Wo=95kg/m2 Công trình có mặt bằng hình chữ nhật tra bảng ta có

hệ số khí động: c=1,4 Công trính cao 20 tầng, B=30m, h=3,3m

a) Tính toán thành phần tĩnh tải trọng gió

W= γ*k*c*W 0*Bj*hj k: Hệ số tính ththay đổi áp lực gió theo đọ cao ( tra bảng 5 TCVN 2737-1995)- kết quả tính toán trong bảng dưới đây

Trang 6

b) Tính toán thành phần động tải trọng gió được tính toán như sau:

- Đối với công trình và các bộ phận kết cấu có tần số dao động cơ bản f1 (Hz)

> fL Trong trường hợp này thành phần động của tải trọng gió chỉ cần xét đến xung vân tốc gió phụ thuộc vào thành phần tĩnh có kể đến hệ số áp lực động và hệ số tương quan không gian, được tính bằng công thức:

- Đối với công trình và các bộ phận kết cấu có tần số dao động cơ bản f1 (Hz)

<fL Trong trường hợp này công thức tính toán phụ thuộc vào khối lượng tập trung từng phần công trình có kể đến hệ số động lực học, biên độ dao dộng của mode và hệ

số không thứ nguyên được tính bằng công thức:

- Ta có kết quả tính toán bên dưới

Trang 7

Trang 8

Trang 9

- Như vậy so sánh các kết quả ta có:

Gió tĩnh 198,737 201,865 204,99 208,122 211,25 213,495 215,58 217,666 219,538 221,363 Gió

động 107,992 114,915 120,45 125,991 131,53 135,682 138,451 141,221 142,605 143,99

- Biểu đồ so sánh:

- Phần trăm so sánh:

Gió

động 54,3392 56,9267 58,759 60,53709 62,262 63,5528 64,2226 64,8797 64,9569 65,047

Trang 10

- Vậy trong trường hợp đang xét, thì tỉ lệ giữa thành phần động trên thành phần Tĩnh tăng dần từ 50-70% Khi số tầng tăng lên, trong giai đoạn này thì tỉ trọng của thành phần động tăng lên, đó là do trong giai đoạn này hệ số động lực tăng đều cho đến khi ε đạt 0.15

Câu 22: Phương pháp ống thổi khí động để xác định tải trọng gió có ưu điểm gì?

ra các hiện tượng mất ổn định khí động và một số hiện tượng khác do gió gây ra

mà khi tính toán bằng tiêu chuẩn sẽ khó hoặc không thực hiện được Ngoài ra, phương pháp này còn có nhiều ý nghĩa trong việc giảm giá thành của công trình xây dựng vì tải trọng gió lên công trình khi xác định bằng thí nghiệm trong ống thổi khí động thường nhỏ hơn khoảng 15% so với tải trọng khi xác định bằng tiêu chuẩn

 Mục tiêu phương pháp ống thổi khí động:

- Xác định các tải trọng tác động đến công trình dưới tác động của gió;

- Hình dạng của lớp biên và cường độ nhiễu loạn;

- Cường độ và khoảng tời gian của gió lớn nhất;

- Ảnh hưởng của các công trình xung quanh đến công trình;

- Các hiện tượng kéo, kích động xoáy và tách dòng từ bề mặt công trình;

- Tải trọng tác động lên các lớp vật liệu bao che;

- Các tác động đối với vùng lân cận (sự ổn định của các phương tiện giao thông

và người đi bộ);

- Tác động của chuyển động gió đến con người;

- Tác động của va chạm mạnh;

- Sự phá hoại của các vật thể bay đến các kết cấu;

- Sự xâm nhập của độ ẩm;

- Các vấn đề về kiểm soát ô nhiễm

Bài 3: Một công trình nhà cao tầng bằng BTCT cao 17 tầng, cao 52,95m tại thành phố Hồ Chí Minh Móng công trình tựa trên nền đất loại B, gia tốc đỉnh tham

Trang 11

chiếu agR = 0,0956g Bằng phương pháp phân tích phổ phản ứng, xác định lực cắt đáy theo phương X Chiều cao, giá trị trọng lượng các tầng và chu kì cơ bản được thể hiện ở bảng dưới đây

Tầng Z(m) Wi (kN) Chu kì cơ bản T (s) Phương

17 52,95 20

Trang 12

Tầng j X1.j (m) X2.j (m) X7.j (m) X8.j (m)

1 0,0001 0,0002 -0,0003 0,0002

2 0,0011 0,0012 -0,0013 0,0010

3 0,0030 0,0020 -0,0020 0,0018

4 0,0044 0,0034 -0,0044 0,0024

5 0,0068 0,0065 -0,0068 0,0049

6 0,0102 0,0112 -0,0042 0,0101

7 0,0116 0,0146 -0,0021 0,0063

8 0,0123 0,0155 -0,0013 0,0034

9 0,0131 0,0171 0,0031 0,0031

10 0,0153 0,0195 0,0053 0,0025

11 0,0176 0,0236 0,0072 0,0006

12 0,0201 0,0291 0,0111 -0,0013

13 0,0224 -0,0004 0,0204 -0,0042

14 0,0281 -0,0011 0,0213 -0,0128

15 0,0299 -0,0029 0,0269 -0,0221

16 0,0331 -0,0051 0,0304 -0,0233

17 0,0355 -0,0084 0,0323 -0,0235

Bài Làm:

Phương pháp phân tích phổ phản ứng :

+Do mặt bằng công trình có hình dạng đơn giản nên việc tính toán chỉ xét theo 1 phương : ở đây ta tính toán theo phương X , chọn hệ số ứng sử q=3,9

Trang 13

+Số dạng dao động cần xét đến :

Ta có tổng trọng lượng hữu hiệu ứng với dao động 1 ,2, 7 và 8 (W , W ,W ,W x ,1 x ,2 x ,7 x ,8, tính toán ở phần dưới )

Wx,1 + Wx,2 + Wx,7 + Wx,8 = 262,42 + 132,617 + 105,246 +27,022 = 527,52

>90%W

Nên ta chỉ phải tính với 4 dạng dao động theo phương X ,cụ thể như sau :

* Dạng dao động thứ 1:

Chu kì ứng với dạng dao động 1 :T11,905s

Vậy Tc< T1<Td

Loại Đất Nền : B cóS 1,2; ( ) 0,15; ( ) 0,5; ( ) 2,0T sB  T sC  T sD 

Phổ thiết kế

2,5 ( )

d

g

S

S T

a g



   









1

( ) / 0.0194

d

Tổng trọng lượng hữu hiệu ứng với dạng dao động 1 theo phương X :

2

1

,1

2 ,1 1

W

(5.996)

0.137 W

n

i

i i i

X

kN X





Tổng lực cắt đáy ứng với dạng dao động 1 theo phương X:

,1 d( ) W1 ,1 0,0194 262,42 5,091

Ta có bảng sau :

Tầng j X1.j (m) Wi (kN) X1,j xWj X1,j^2xW1 FX,1(kN)

Trang 14

Chu kì ứng với dạng dao động2 :T11,321s

Loại Đất Nền : B cóS 1,2; ( ) 0,15; ( ) 0,5; ( ) 2,0T sB  T sC  T sD 

Trang 15

Phổ thiết kế

2,5 ( )

d

g



   









Sd(T2) = 0,028 khi Tc< T2<Td

2

1

,1

2 ,1 1

W

(2,936)

0.065 W

n

i

i i i

X

kN X





Fx,2 = Sd/T1 x Wx,1 = 0,028 x 132,617 = 3,73kN

Ta có bảng sau :

Tầng j X2.j (m) (kN) Wi X2,j xWj X2,j^2xW1 FX,2(kN)

Trang 16

13 -0.0004 23 -0.009 0.000 -0.012

14 -0.0011 23 -0.025 0.000 -0.032

15 -0.0029 23 -0.067 0.000 -0.084

16 -0.0051 23 -0.117 0.001 -0.147

17 -0.0084 20 -0.168 0.001 -0.211

Chu kì ứng với dạng dao động7 :T10,442s

Loại Đất Nền : C cóS 1,2; ( ) 0,15; ( ) 0,5; ( ) 2,0T sB  T sC  T sD 

Vậy : Tb < T < Tc

Ta có: Sd(T1) = 0,073

Trang 17

suy ra: Wx, 1 = (3,007)2 /0,086 = 105,246 kn

Fx,7 = Sd/T1 x Wx,1 = 0,073 x 105,246 = 7,68 kN

Ta có bảng sau :

Tầng j Xi,j (m) Wj Xi,jxWj Xi,j^2xW1 Fx,7(kn)

1 -0,0003 22 -0,007 0,0000 -0,017

2 -0,0013 25 -0,033 0,0000 -0,083

3 -0,002 25 -0,050 0,0001 -0,128

4 -0,0044 25 -0,110 0,0005 -0,281

5 -0,0068 23 -0,156 0,0011 -0,400

6 -0,0042 23 -0,097 0,0004 -0,247

7 -0,0021 23 -0,048 0,0001 -0,123

8 -0,0013 23 -0,030 0,0000 -0,076

9 0,0031 23 0,071 0,0002 0,182

10 0,0053 23 0,122 0,0006 0,311

11 0,0072 23 0,166 0,0012 0,423

Trang 18

12 0,0111 23 0,255 0,0028 0,652

13 0,0204 23 0,469 0,0096 1,199

14 0,0213 23 0,490 0,0104 1,252

15 0,0269 23 0,619 0,0166 1,581

16 0,0304 23 0,699 0,0213 1,787

17 0,0323 20 0,646 0,0209 1,651

Chu kì ứng với dạng dao động 8 :T10,355s

Loại Đất Nền : C cóS 1,2; ( ) 0,15; ( ) 0,5; ( ) 2,0T sB  T sC  T sD 

Vậy : Tb < T < Tc

Ta có: Sd(T1) = 0,073

suy ra: Wx, 1 = (3,007)2 /0,086 = 105,246 kn

Trang 19

1

,1

2 ,1 1

W

(1,090)

0.044 W

i

i i i

X

kN X





Fx,8 = Sd/T1 x Wx,1 = 0,073 x 27,022 = 7,68 kN

Ta có bảng sau :

Tầng j Xi,j (m) Wj Xi,jxWj Xi,j^2xW1 Fx,8 (kn)

12 -0,0013 23 -0,030 0,0000 0,054

13 -0,0042 23 -0,097 0,0004 0,175

14 -0,0128 23 -0,294 0,0038 0,533

Trang 20

15 -0,0221 23 -0,508 0,0112 0,920

16 -0,0233 23 -0,536 0,0125 0,970

17 -0,0235 20 -0,470 0,0110 0,851

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	1,14 MB