Nghiên cứu một số đặc trưng động lực học công trình nhà cao tầng dạng bán lắp ghép chịu tải trọng động đất (luận văn thạc sĩ)

Tuy nhiên, đối với dạng kết cấu như nhà cao tầng bán lắp ghép thì việc mô hình hóa kết cấu bằng phần mềm phân tích kết cấu hiện đại chưa lý giải được một số vấn đề liên quan tới sự làm v

-

NGUYỄN TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC CÔNG

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TRẦN THỊ THÚY VÂN

TS ĐỖ TIẾN THỊNH

XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

Hà Nội - 2019

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, các thầy cô trong khoa Sau đại học cùng với các thầy giáo, cô giáo các khoa, bộ môn

đã giảng dạy và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành khóa học 2017 - 2019

Đặc biệt tôi cảm ơn cô TS Trần Thị Thúy Vân và thầy TS Đỗ Tiến Thịnh người trực tiếp hướng dẫn khoa học luận văn đã tạo mọi điều kiện, dành nhiều thời gian, nhiệt tình giúp đỡ cũng như giới thiệu đầy đủ các tài liệu để tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp

Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Sức bền – Kết cấu trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, các thầy cô trong tiểu ban bảo vệ đề cương, các thầy cô trong tiểu ban kiểm tra tiến độ luận văn, đã có những ý kiến góp ý quý báu cho nội dung luận văn

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót Tôi xin hứa sẽ đầu tư nghiên cứu thêm những vấn đề còn hạn chế, thiếu sót

đó để hoàn thiện thêm kiến thức của mình trong quá trình làm việc sau này

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Học viên

Nguyễn Trung Kiên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sỹ 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 Trung Kiên

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng

MỞ ĐẦU 1

Lý do chọn đề tài 1

Mục đích nghiên cứu 2

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

Phương pháp nghiên cứu 2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ NHÀ CAO TẦNG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÔNG TRÌNH 4

1.1 Tổng quan về sự phát triển của nhà cao tầng và nhà cao tầng dạng bán lắp ghép 4

1.1.1 Tổng quan về sự phát triển nhà cao tầng 4

1.1.2 Tổng quan về nhà cao tầng dạng bán lắp ghép 6

1.2 Đặc trưng động lực học trong thiết kế công trình chịu động đất 15

1.2.1 Khái niệm về hiện tượng động đất 15

1.2.2 Các phương pháp tính toán tải trọng động đất 15

1.2.3 Các đặc trưng động lực học trong tính toán tải trọng động đất 21

1.3 Nghiên cứu về nhà cao tầng bán lắp ghép chịu tải trọng động đất [5] 22

1.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới 23

1.3.2 Các nghiên cứu tại Việt Nam 28

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG BÁN LẮP GHÉP CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 30

2.1 Cơ sở lý thuyết xác định các đặc trưng động lực học công trình 30

2.1.1 Tần số dao động riêng của công trình 30

2.1.2 Tỉ số cản công trình 41

2.2 Nghiên cứu thực nghiệm các đặc trưng động lực học công trình khi công trình chịu tải trọng động đất 46

2.2.1 Các phương pháp thực nghiệm xác định tần số dao động riêng công trình 46

2.2.2 Các phương pháp thực nghiệm xác định tỉ số cản công trình 49

2.2.3 Xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo phục vụ thí nghiệm công trình chịu tải trọng động đất 50

2.3 Sự ảnh hưởng của độ cứng liên kết giữa các cấu kiện nhà cao tầng dạng bán lắp ghép lên đặc trưng động lực học công trình 55

2.3.1 Giới thiệu về phần mềm phân tích kết cấu Etabs 57

2.3.2 Quy trình tính toán độ cứng liên kết đàn hồi các mối liên kết 58

CHƯƠNG 3 VÍ DỤ ÁP DỤNG 62

3.1 Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn xác định đặc trưng động lực học và độ cứng liên kết giữa các cấu kiện nhà cao tầng dạng bán lắp ghép 62

3.2 Thí nghiệm xác định đặc trưng động lực học kết cấu công trình nhà cao tầng dạng bán lắp ghép 65

3.2.1 Lựa chọn mô hình và thiết bị thí nghiệm 65

3.2.2 Bố trí thiết bị đo và thu nhận số liệu thí nghiệm 71

3.2.3 Xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo phục vụ thí nghiệm 75

3.2.4 Kết quả thí nghiệm xác định đặc trưng động lực học kết cấu khi công trình chịu tải trọng động đất 83

3.3 Nhận xét về kết quả tính toán 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

Kết luận 85

Kiến nghị 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Một số công trình cao tầng trên thế giới 5

Hình 1.2 Tòa tháp Buji Khalifa – Dubai – UAE (2010) 5

Hình 1.3 Tòa tháp Shanghai Tower – Thượng Hải – Trung

Hình 1.4 Vincom Landmark 81 (2018) 6

Hình 1.5 Keangnam Hanoi Landmark Tower (2012) 6

Hình 1.6 Chung cư CBCNV Bê tông Xuân Mai (2007) 7

Hình 1.7 Tổ hợp công trình N05 – Hoàng Đạo Thúy (2011) 7 Hình 1.8 Xuân Mai Complex Dương Nội (2018) 7 Hình 1.9 Tòa nhà Xuân Mai Tower CT2 Tô Hiệu (2017) 7 Hình 1.10 Khách sạn Bảo Quân (2018) 7 Hình 1.11 Chung cư Bảo Quân (2018) 7 Hình 1.12 Hình ảnh thi công lắp ghép 9

Số hiệu hình Nội dung Trang

Hình 1.20 Mặt bằng điển hình công trình bán lắp ghép ở Việt

Hình 1.27 Chi tiết liên kết dầm – cột (tiền chế) 15

Hình 1.28 Dạng dao động tự do khi có cản nhớt và không có

Hình 1.35 Mô hình thu nhỏ Trung tâm thương mại và tài chính

Quảng Châu tại đại học Đồng Tế 27

Số hiệu hình Nội dung Trang

Hình 1.36 Mô hình thu nhỏ tháp tài chính BOCOM Thượng

Hình 1.37 Mô hình tòa tháp Kaixuanmen Maision tại Thượng

Hình 1.38 Mô hình Trung tâm tài chính Changshou Thượng

Hình 2.1 Biểu diễn chuyển vị điểm bất kỳ của vật thể 34

Hình 2.2 Chuyển vị khi xét tới chuyển động dọc trục

Hình 2.3 Chuyển vị khi xét tới chuyển động vuông góc với

trục thanh (phần tử chịu uốn) 37 Hình 2.4 Đồ thị của các hàm dạng phần tử chịu uốn 38

Hình 2.5 Đồ thị dao động tự do không cản 43

Hình 2.6 Đồ thị dao động tự do khi có cản 45

Hình 2.7 Dao động tự do của hệ không cản 47

Hình 2.8 Đường cong gia tốc tại đỉnh trường hợp kích thích

Hình 2.9 Biểu đồ liên hệ tỉ số /n với giá trị gia tốc 49

Hình 2.10 Phương pháp half-power bandwith xác định tần số

Hình 2.12 Tham số đầu vào của nguồn gây động đất 55

Hình 2.13 Giản đồ gia tốc nhân tạo và đường cong phổ tương

Hình 2.14 Giao diện phần mềm Etabs 57

Số hiệu hình Nội dung Trang

Hình 2.15 Ví dụ về tạo hệ lưới và chọn đơn vị tính toán cho mô

Hình 2.16 Ví dụ về định nghĩa các thông số cho vật liệu 58

Hình 2.17 Ví dụ về định nghĩa các thông số tiết diện kết cấu 59

Hình 2.18 Ví dụ về tạo mô hình kết cấu bằng cách gán các đối

Hình 2.19 Ví dụ về thao tác gán độ cứng liên kết đàn hồi 60

Hình 2.20 Ví dụ về gán giá trị độ cứng liên kết đàn hồi tại các

Hình 3.6 Vị trí bố trí đầu đo gia tốc tại tầng mái 73

Hình 3.7 Mặt bằng bố trí đầu đo chuyển vị 74

Hình 3.8 Mặt đứng bố trí thiết bị đo 74

Hình 3.9 Hình ảnh bố trí thiết bị đo trên mô hình 75

Hình 3.10 Giản đồ gia tốc nhân tạo cho mô hình thí nghiệm ứng 81

Số hiệu hình Nội dung Trang

với chu kỳ lặp 95 năm Hình 3.11 Phổ nhân tạo và phổ mục tiêu chu kỳ lặp 95 năm 82

Hình 3.12 Giản đồ gia tốc nhân tạo cho mô hình thí nghiệm

Hình 3.13 Phổ nhân tạo và phổ mục tiêu chu kỳ lặp 475 năm 82

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

Bảng 2.1 Giá trị tỉ số cản đối với từng loại kết cấu 46

Bảng 3.1 Tần số dao động riêng của công trình nhà 12 tầng dạng

Bảng 3.2 Số tỷ lệ tương tự của tham số khảo sát trong trường hợp

bài toán mô hình hóa công trình nhà bán lắp ghép 66

Bảng 3.3 Số tỷ lệ tương tự của tham số khảo sát trong hệ khảo sát

theo tỷ lệ của tham số độc lập cơ bản 67

Bảng 3.4 Các dạng giản đồ gia tốc nhân tạo và đường bao theo

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Hiện nay ở Việt Nam để đáp ứng được số lượng nhà ở xã hội cho người dân có thu nhập trung bình và thấp, các nhà đầu tư đã thực hiện giải pháp công nghiệp hóa xây dựng, một trong những ví dụ có thể kể đến là công trình nhà cao tầng bán lắp ghép Kết cấu công trình này bao gồm lõi cứng bê tông cốt thép đổ toàn khối, còn lại các cấu kiện chịu lực khác như dầm, cột, sàn được chế tạo sẵn tại nhà máy và lắp ghép tại công trường Tuy nhiên, trong quá trình lắp dựng loại công trình này thì yêu cầu kỹ thuật đối với các mối liên kết giữa các cấu kiện đúc sẵn cũng như giữa các cấu kiện đúc sẵn và cấu kiện đổ toàn khối là rất quan trọng và đòi hỏi phải có những phân tích đánh giá một cách đúng đắn sự làm việc của công trình, đặc biệt là khi công trình được xây dựng trong vùng có khả năng xảy ra động đất

Trong tính toán và phân tích kết cấu nói chung, việc lựa chọn mô hình tính toán phù hợp là rất quan trọng Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin thì việc

sử dụng mô hình tính toán bằng các phần mềm phân tích kết cấu hiện đại để mô hình hóa các dạng công trình quen thuộc đã được kiểm chứng qua thực tế và thể hiện độ tin cậy cao Tuy nhiên, đối với dạng kết cấu như nhà cao tầng bán lắp ghép thì việc

mô hình hóa kết cấu bằng phần mềm phân tích kết cấu hiện đại chưa lý giải được một

số vấn đề liên quan tới sự làm việc của tổng thể công trình nói chung và ứng xử của các cấu kiện nói riêng khi công trình chịu tải trọng động đất Vì vậy, cần thiết phải có các thử nghiệm nhằm mục đích đánh giá và đưa ra các khuyến cáo cho công trình thực khi chịu các loại tải trọng trong quá trình vận hành, cũng như những khuyến cáo trong thiết kế kháng chấn đối với dạng công trình này

Để thiết kế công trình nhà cao tầng bán lắp ghép trong trường hợp công trình nằm trong vùng có khả năng xảy ra động đất thì việc nghiên cứu một số đặc trưng động lực học cho công trình là rất quan trọng Để đánh giá sự làm việc tổng thể của kết cấu khi chịu tải trọng động đất thì phương pháp thường được sử dụng là tiến hành thí nghiệm trên bàn rung mô phỏng động đất Một trong những tham số đầu vào quan

trọng của thí nghiệm này là lựa chọn giản đồ gia tốc nhân tạo phù hợp để có được kết quả hợp lý, đánh giá được sự làm việc thực tế của công trình Ngoài ra, đối với công trình nhà cao tầng dạng bán lắp ghép thì việc mô phỏng độ cứng liên kết giữa các cấu kiện là tương đối quan trọng, xác định được cụ thể giá trị của độ cứng liên kết sẽ cho giá trị tính toán khi phân tích tính toán tĩnh và động được chính xác hơn Vì các lý do nêu trên, học viên lựa chọn đề tài “Nghiên cứu một số đặc trưng động lực học công trình nhà cao tầng dạng bán lắp ghép chịu tải trọng động đất” để thực hiện luận văn

Mục đích nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu với một số mục đích đạt được như sau:

- Nghiên cứu một số đặc trưng động lực học của công trình thu nhỏ nhà cao tầng bán lắp ghép

- Xây dựng loại giản đồ gia tốc nhân tạo phục vụ thí nghiệm mô hình trên bàn rung

- Xác định độ cứng liên kết giữa các cấu kiện bằng lý thuyết và so sánh với tham số đặc trưng động lực học bằng thực nghiệm để kiểm chứng kết quả tính toán

- So sánh kết quả tính toán giữa thực nghiệm trên mô hình thu nhỏ và trên mô

hình thực bằng cách áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Công trình thu nhỏ nhà cao tầng (12 tầng) dạng bán lắp ghép

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu công trình nhà cao tầng dạng bán lắp ghép với các mối nối khô, vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi

Phương pháp nghiên cứu

- Sử dụng các phần mềm phân tích kết cấu để tính toán

- So sánh các kết quả tính toán lý thuyết và kết quả thực nghiệm

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề xuất quy trình và cách thức tính toán giá trị độ cứng nút liên kết trong công trình nhà cao tầng dạng bán lắp ghép Đưa ra ví dụ về giá trị độ cứng nút liên kết trong kết cấu bán lắp ghép dựa trên phân tích tính toán trên mô hình thực thực hiện bằng phần mềm Etabs và so sánh với tham số đặc trưng động lực học để kiểm chứng kết quả tính toán

Đưa ra quy trình xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo để phục vụ thí nghiệm mô hình trên bàn rung mô phỏng động đất

Các kết quả nghiên cứu góp phần sáng tỏ một số vấn đề trong phân tích tính toán công trình khi chịu tải trọng động đất

Cấu trúc luận văn

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ CAO TẦNG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG

ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÔNG TRÌNH 1.1 Tổng quan về sự phát triển của nhà cao tầng và nhà cao tầng dạng bán lắp ghép

1.1.1 Tổng quan về sự phát triển nhà cao tầng

Với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế cũng như để giải quyết vấn đề nhà ở cho một số quốc gia có mật độ dân số cao thì nhà cao tầng hiện đang là một giải pháp cần thiết và hữu hiệu Hiện nay, nhà cao tầng cũng đang là niềm tự hào của một số quốc gia trên thế giới vì không những giải quyết được vấn đề nhà ở cho cư dân mà còn tạo nên được một không gian đô thị hiện đại cho các thành phố lớn

Theo Uỷ ban Nhà cao tầng Quốc tế, nhà cao tầng được định nghĩa như sau: Là công trình nhà mà chiều cao của nó là yếu tố quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với các công trình nhà thông thường thì được gọi là nhà cao tầng [11]

Căn cứ vào chiều cao và số tầng nhà, tổ chức Nhà cao tầng Quốc tế phân loại nhà cao tầng ra theo 4 loại như sau:

- Nhà cao tầng loại 1: từ 9 đến 16 tầng (cao nhất 50m)

- Nhà cao tầng loại 2: từ 17 đến 25 tầng (cao nhất 75m)

- Nhà cao tầng loại 3: từ 26 đến 40 tầng (cao nhất 100m)

- Nhà cao tầng loại 4: từ 40 tầng trở lên (gọi là nhà siêu cao tầng)

Hiện nay trên thế giới, số lượng nhà cao tầng và siêu cao tầng ngày càng tăng một cách nhanh chóng Sự phát triển này không chỉ thể hiện được trình độ phát triển ngày càng cao của công nghệ xây dựng mà còn đem lại niềm tự hào cho các quốc gia Theo thống kê hiện nay của tổ chức Emporis về nhà cao tầng thì tòa nhà Buri Khalifa ở Dubai - Tiểu vương quốc Ả rập thống nhất hiện là công trình cao nhất thế giới với

chiều cao đến đỉnh là 829m, tiếp đến là tháp Thượng hải cao 632m, tháp đồng hồ Makkah Clock cao 601m Hình ảnh các công trình cao tầng trên thế giới và xếp loại được trình bày trong hình 1.1 đến hình1.3

Hình 1.1- Một số công trình cao tầng trên thế giới [19]

Hình 1.2- Tòa tháp Buji Khalifa - Dubai -

20 tầng đến 40 tầng được xây dựng tập trung ở các thành phố lớn: Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Nhà Trang Một số hình ảnh công trình cao tầng tiêu biểu ở Hà Nội được thể hiện trên hình 1.4 và hình 1.5

là 11m, chung cư Sông Đà CCV tại 164 Khuất Duy Tiến cao 28 tầng

Hình 1.6- Chung cư CBCNV Bê tông Xuân

Mai (2007) [22]

Hình 1.7- Tổ hợp công trình N05 - Hoàng Đạo Thúy (2011) [23]

Hình 1.8- Xuân Mai Complex

Sự phát triển không ngừng của các công trình sử dụng giải pháp kết cấu bán lắp ghép trong thời gian qua đã cho thấy được những ưu điểm như thi công nhanh, giá thành giảm mà vẫn đảm bảo được tính thẩm mỹ cao về mặt kiến trúc do đó loại công trình này được áp dụng không chỉ cho các công trình nhà ở xã hội (nhà thu nhập thấp) mà còn được sử dụng trong các công trình chung cư cao cấp

Tuy nhiên trên thế giới, giải pháp kết cấu bán lắp ghép được khuyến cáo chỉ

sử dụng với các công trình từ 20 tầng trở xuống, đặc biệt nếu các công trình trong vùng có động đất thì số tầng công trình cần được giảm xuống với lý do nút liên kết cột dầm vẫn chưa có những nghiên cứu và đánh giá một cách đúng đắn, tải trọng ngang chủ yếu chỉ do lõi (vách) chịu, nếu số tầng càng cao thì diện tích lõi (vách) càng lớn, giảm diện tích sử dụng của công trình

a Lịch sử phát triển công trình bê tông cốt thép bán lắp ghép

Lịch sử phát triển của dạng kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép có thể mô tả như sau: Xuất phát từ việc những người La Mã cổ đại sử dụng bê tông và đổ vật liệu vào khuôn để xây dựng mạng lưới cống, đường hầm chằng chịt, kỹ sư John Alexander Brodie đã tiên phong trong việc tạo ra các tấm panel đúc sẵn ở Anh năm 1905

Tại Việt Nam, từ những năm 1960, các công trình sử dụng bê tông lắp ghép tấm lớn cũng đã được xây dựng để đáp ứng nhanh nhu cầu sử dụng tại thời điểm đó, nhưng thời kỳ này các công trình chủ yếu là dưới 05 tầng và công nghệ vẫn sử dụng các tấm tường do Liên Xô cung cấp Từ năm 1983, nhà máy bê tông Xuân Mai đã bước đầu đi vào hoạt động và có những đóng góp đầu tiên cho việc phát triển các công trình xây dựng nhà tấm lớn

b Định nghĩa về kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép

Có thể định nghĩa về giải pháp kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép như sau: đây là giải pháp sử dụng một số cấu kiện được chế tạo tại nhà máy, kết hợp với các kết cấu khác đổ tại chỗ để đảm bảo độ cứng toàn khối và độ ổn định cho công trình [1]

Hình 1.12 - Hình ảnh thi công lắp ghép

[14]

Hình 1.13 - Dầm lắp ghép [14]

Hình 1.14 - Cấu kiện cột [14] Hình 1.15 - Công trình đang trong

quá trình lắp ghép cấu kiện [22]

c Các loại hệ kết cấu đúc sẵn tại nhà máy trong kết cấu bán lắp ghép

Hệ kết cấu bê tông đúc sẵn tại nhà máy về cơ bản được tổ hợp từ một vài dạng

hệ kết cấu cơ bản Các hệ kết cấu này có thể được kết hợp theo nhiều cách để tạo ra được những hiệu quả khác nhau với công trình Các hệ kết cấu cơ bản thường gặp gồm:

- Hệ kết cấu dầm - cột (gồm cấu kiện dầm, cột và nút liên kết);

- Hệ kết cấu sàn chịu lực (chịu tải trọng đứng và truyền tải trọng ngang)

- Hệ tường chịu lực;

- Hệ mặt dựng

Trên các hình 1.16 – hình 1.19 thể hiện hình ảnh của các loại kết cấu này

Hình 1.20- Mặt bằng điển hình công trình bán lắp ghép ở Việt Nam

Chức năng cụ thể của các cấu kiện trong công trình dạng bán lắp ghép được xây dựng ở Việt Nam như sau:

- Hệ lõi, vách cứng được bố trí và tính toán để chịu toàn bộ tải trọng ngang đồng thời tham gia chịu một phần tải trọng đứng cho công trình, được thi công đổ tại chỗ ở công trường

- Hệ cột chịu tải trọng đứng, có thể là cột đổ tại chỗ hoặc dùng cột tiền chế trong nhà máy, thường sử dụng bê tông cấp bền B35, liên kết giữa các cột tiền chế bằng thép chờ xỏ lỗ có vữa không co mác ≥ 550 Liên kết giữa cột tầng trên và tầng dưới được tính toán là liên kết cứng

- Dầm sàn sử dụng là dạng dầm sàn dự ứng lực bán tiền chế và được toàn khối hoá tại công trường bằng lớp bê tông đổ bù kết hợp lưới thép

- Liên kết giữa dầm với cột (tiền chế): dùng thép chờ xỏ lỗ và được bơm đầy bằng vữa không co mác ≥ 550, liên kết này được tính toán là liên kết khớp (có bố trí

thép cấu tạo đầu dầm, thép cấu tạo được giả thiết tính toán chịu một phần mômen do tĩnh tải và hoạt tải gây ra tại giữa nhịp)

- Liên kết giữa dầm và lõi: lõi có thể sử dụng phương pháp trượt và để hốc chờ cho dầm hoặc lõi đổ từng tầng được dừng dưới cao độ đáy dầm và gác dầm kê vào từ

3 cm đến 4 cm Liên kết này được tính toán là liên kết khớp (có bố trí thép cấu tạo đầu dầm, thép cấu tạo được giả thiết tính toán chịu một phần mômen do tĩnh tải và hoạt tải gây ra tại giữa nhịp)

- Liên kết giữa sàn với dầm và sàn với cột, vách được tính toán như liên kết khớp nhưng có bố trí thép âm đầu sàn (có bố trí thép cấu tạo đầu sàn, thép cấu tạo được giả thiết tính toán chịu một phần mômen do tĩnh tải và hoạt tải gây ra tại giữa nhịp)

d Các loại nút liên kết trong công trình bê tông cốt thép bán lắp ghép

Với dạng kết cấu đúc sẵn này, có khá nhiều dạng liên kết nút cột khác nhau, mỗi dạng sẽ phù hợp với từng yêu cầu do người kỹ sư thiết kế kế mong muốn dựa trên sơ đồ biến dạng của hệ kết cấu công trình khi chịu các loại tải trọng khác nhau

Vì thế mà các giải pháp cấu tạo cho nút liên kết cũng sẽ có những cách khác nhau để phù hợp với sơ đồ tính toán của công trình

Có 3 dạng liên kết điển hình là: liên kết ngàm (liên kết cứng), liên kết nửa cứng và liên kết khớp Việc tổ hợp các loại liên kết này lên kết cấu sẽ cho ra các dạng

mô hình tính toán khác nhau

Hình 1.21 - Liên kết ngàm [14] Hình 1.22 - Liên kết khớp [14]

Chi tiết cột, chi tiết dầm và chi tiết liên kết cột dầm được thể hiện cụ thể từ Hình 1.25 đến Hình 1.27

Cột liên kết khớp với dầm Cột liên kết ngàm với dầm (vách)

Hình 1.25- Chi tiết cột đúc sẵn

Hình 1.26- Chi tiết dầm đúc sẵn

Hình 1.27- Chi tiết liên kết dầm - cột (tiền chế)

1.2 Đặc trưng động lực học trong thiết kế công trình chịu động đất

1.2.1 Khái niệm về hiện tượng động đất

Động đất hoặc địa chấn là những rung động tự nhiên của vỏ trái đất có phương hướng và cường độ thay đổi theo thời gian, là hiện tượng rung động đột ngột mạnh của vỏ Trái đất do sự dịch chuyển các mảnh thạch quyển hoặc các đứt gãy trong vỏ Trái đất và được truyền qua những khoảng cách lớn dưới dạng dao động đàn hồi Trong thời gian động đất, chuyển động của nền đất làm phát sinh ra các lực quán tính ở các bộ phận công trình Bởi vậy động đất không chỉ ảnh hưởng trực tiếp tới nền móng công trình mà còn gây ra dao động, biến dạng kết cấu thân nhà dẫn tới nứt

nẻ, hư hỏng, phá hoại cục bộ hoặc toàn bộ ngôi nhà

Đối với các công trình nằm trong vùng chịu động đất, việc thiết kế công trình và

bố trí cấu tạo các cấu kiện, các nút liên kết để chịu được ảnh hưởng của động đất là bắt buộc

1.2.2 Các phương pháp tính toán tải trọng động đất

a Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương

Xác định chu kỳ dao động cơ bản T1 (có thể xác định từ các phần mềm tính toán kết cấu hoặc theo công thức gần đúng của TCVN 9386:2012)

Fb = Sd (T1) m  (1.1) trong đó:

Sd (T1) Tung độ của phổ thiết kế tại chu kỳ T1;

T1 :Chu kỳ dao động cơ bản của nhà do chuyển động ngang theo phương đang xét;

m : Tổng khối lượng của nhà ở trên móng hoặc ở trên đỉnh của phần cứng phía dưới;

 : Hệ số hiệu chỉnh, lấy như sau:

 = 0,85 nếu T1 2 TC với nhà có trên 2 tầng hoặc  = 1,0 với các trường hợp khác

Tiêu chuẩn Việt Nam cũng như các tài liệu kỹ thuật nước ngoài đưa ra nhiều cách xác định chu kỳ dao động riêng từ đơn giản đến phức tạp để có thể thực hiện trong từng trường hợp cụ thể

Với các công trình có chiều cao không lớn thì việc xác định có thể đơn giản hóa theo một số công thức thực nghiệm của tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 như sau:

3/4

1 t.

trong đó:

Ct = 0,085 đối với khung thép không gian chịu momen;

Ct = 0,075 đối với khung bê tông không gian chịu momen và khung thép có giằng lệch tâm;

Ct = 0,050 đối với kết cấu khác;

H: chiều cao công trình tính bằng m Ngoài ra cũng có thể xác định một cách gần đúng chu kỳ dao động riêng bằng các công thức gần đúng theo UBC:1997 như:

1 0,1

với: n là số tầng (nhà cao tầng bê tông cốt thép) hay công thức:

1 2

với: d là chuyển vị ngang đàn hồi tại đỉnh công trình tính bằng mét

Tuy nhiên các công trình hiện nay có số tầng ngày càng nhiều, hầu hết đều có chiều cao trên 40m vì vậy việc áp dụng các công thức gần đúng để xác định tần số dao động riêng để tính toán ra lực động đất theo phương pháp tĩnh lực ngang chưa phù hợp

c Phương pháp tĩnh phi tuyến (đẩy dần) [1]

Phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến chủ yếu dựa trên giả thiết là phản ứng của kết cấu được kiểm soát bởi dạng dao động đầu tiên hoặc các dạng dao động gần với dạng dao động đầu tiên, dạng này sẽ không đổi trong suốt phản ứng đàn hồi và ngoài miền đàn hồi của kết cấu Điều này cung cấp cơ sở cho việc chuyển bài toán từ động sang tĩnh Mặt khác, phản ứng của hệ kết cấu nhiều bậc tự do có liên quan đến phản ứng của hệ một bậc tự do tương đương Việc sử dụng các giả thiết để đơn giản hóa bài toán có thể được áp dụng để giảm bậc tự do mà vẫn có được kết quả về chuyển

vị của hệ ở mức độ chính xác chấp nhận được Phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến cũng dựa theo các giả thiết này để đơn giản hóa trong quá trình phân tích, tính toán,

mà vẫn giữ được tính chính xác trong kết quả phân tích

Phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến cũng dựa theo các giả thiết này để đơn giản hóa trong quá trình phân tích, tính toán, mà vẫn giữ được tính chính xác trong

kết quả phân tích tĩnh phi tuyến với độ chính xác chấp nhận được Khả năng chịu lực

và độ dẻo cần thiết ở chuyển vị mục tiêu hoặc lực cắt đáy mục tiêu thường được dùng

để kiểm tra tính đúng đắn của việc thiết kế kết cấu Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực cắt đáy và chuyển vị ngang gọi là đường cong khả năng

d Phân tích động phi tuyến [1] (phương pháp phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian)

Phân tích động phi tuyến hay còn gọi là phân tích động lực học phi tuyến theo lịch sử thời gian (Nonlinear Dynamic Time-History Analysis) là một trong những công cụ mạnh nhất để phân tích sự làm việc của kết cấu công trình dưới tác động của động đất Khi áp dụng phương pháp phân tích động phi tuyến , các thông số dao động của công trình như chuyển vị, vận tốc, gia tốc được tính toán theo mỗi bước thời gian Phương pháp này cho phép phân tích với độ chính xác cao sự làm việc của kết cấu công trình,cả phân tích đàn hồi tuyến tính và phân tích phi tuyến hình học hoặc phi tuyến vật liệu

Trong các phương pháp động phi tuyến đã được nghiên cứu, về cơ bản có thể được chia làm hai dạng chính: phương pháp hiện (explicit) và phương pháp ẩn (implicit) Về cơ bản, các phương pháp này sử dụng phương trình vi phân tại thời điểm "t" để dự đoán nghiệm tại thời điểm "t + Δt"

e Các phương pháp thực nghiệm [1]

Các phương pháp đã đề cập trong tiêu chuẩn kết hợp với việc phân tích bằng các phần mềm sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cũng đã phần nào giải quyết được vấn đề thiết kế công trình chịu động đất Tuy nhiên, cũng gặp phải nhiều khó khăn như chưa mô hình được chính xác các liên kết phức tạp của công trình, điển hình như dạng mối nối lắp ghép như trong kết cấu bán lắp ghép

Để làm sáng tỏ rõ hơn vấn đề còn chưa rõ ràng trong thiết kế, các nhà khoa học trên thế giới với sự trợ giúp đắc lực của máy móc hiện đại đã tiến hành mô phỏng lại các dạng kết cấu, các liên kết đúng như thực tế và tiến hành nghiên cứu ứng xử của chúng bằng thực nghiệm

Hiện nay, có ba phương pháp thực nghiệm chủ yếu để nghiên cứu về tác động của động đất lên công trình: Thí nghiệm thông qua bàn rung (shaking table test); Thí nghiệm giả động (pseudo-dynamic test); Thí nghiệm tựa tĩnh theo chu kỳ (quasi-static cyclic loading test) Mỗi phương pháp thí nghiệm có những ưu, nhược điểm riêng và phục vụ cho các mục đích khác nhau

- Thí nghiệm thông qua bàn rung mô phỏng động đất

Đây là phương pháp thí nghiệm động lực thực tế nhất Bàn rung mô phỏng động đất cho tác động tương tự như tác động thực của nền đất lên công trình khi động đất, trong đó có xét đến việc mô phỏng các chuyển động đất nền lên mô hình thực hoặc thu nhỏ của kết cấu Mô hình kết cấu được gắn trên một đế cứng, có các chuyển động thích hợp thông qua việc rung lắc Sự rung lắc của bàn rung có thể có đến sáu bậc tự do độc lập được tạo bởi các bộ kích thủy lực độc lập Phương pháp thí nghiệm thông qua bàn rung mô phỏng động đất có thể tạo được phản ứng động lực thực sự của kết cấu và vì vậy phương pháp này phù hợp nhất để xác định đặc trưng khả năng kháng chấn của các kết cấu hoặc các bộ phận kết cấu, những ứng xử mà phụ thuộc vào tỷ lệ biến dạng, vận tốc và gia tốc Tuy nhiên, thiết bị và điều khiển của phương pháp này phức tạp và tốn kém hơn so với thí nghiệm tựa tĩnh, dẫn đến hạn chế cho việc thực hiện số lượng nhiều các phép thử Hơn nữa, do hạn chế về trọng lượng, diện tích bàn rung và khả năng chịu tải trọng ngang của hầu hết các bàn rung, việc thí nghiệm theo kích thước thực của kết cấu có thể không thực hiện được bởi kinh phí

và năng lực bàn rung, do đó các mô hình kết cấu thường được giảm tỷ lệ về kích cỡ

để đưa vào thí nghiệm Đây có thể là một vấn đề gây ra hiệu ứng phụ thuộc về kích

cỡ (size-dependant) hay hiệu ứng kích cỡ (size-effect) của các kết cấu như là phản ứng phi tuyến động Tuy nhiên, nếu thực hiện một cách đầy đủ và có tính đến các hiệu ứng này thì thí nghiệm bằng bàn rung mô phỏng động đất có thể cung cấp những

dữ liệu thực tế và đáng tin cậy về khả năng kháng chấn cho các cấu kiện, các bộ phận phi kết cấu và hệ kết cấu

Hiện nay, với các dạng kết cấu mới và các yêu cầu về kiến trúc ngày càng đa dạng và có tính độc đáo dẫn đến những khó khăn cho các nhà thiết kế do ứng xử của các kết cấu rất khó dự đoán và phân tích Vì vậy, thí nghiệm trên bàn rung mô phỏng động đất sử dụng mô hình thu nhỏ là một trong những thí nghiệm hiệu quả để nghiên cứu các tòa nhà phức tạp sau khi xem xét các khía cạnh về tính chính xác, thực tiễn

và kinh tế của các thí nghiệm Thông qua thí nghiệm, có thể thu được: (1) nghiên cứu cơ chế hư hỏng và mô hình phá hoại để đánh giá tổng thể khả năng kháng chấn; (2) thu được sự phân bố lực động đất tác dụng dọc theo chiều cao của kết cấu; (3) tìm

ra những vị trí điểm yếu trong kết cấu; (4) xác định và kiểm chứng các mô hình phân tích động cho những hệ kết cấu mới, phức tạp [84]

- Thí nghiệm tựa tĩnh theo chu kỳ

Đây là phương pháp thí nghiệm cho các kết cấu hoặc các bộ phận kết cấu sử dụng tải tựa tĩnh bằng kích thủy lực, không theo tỷ lệ biến dạng hoặc lịch sử chuyển

vị do một trận động đất cụ thể Mặc dù vậy, không có sự khác biệt đáng kể giữa hình dạng của các vòng trễ thu được từ thí nghiệm tựa tĩnh và thí nghiệm động lực Ngoài

ra, thí nghiệm tựa tĩnh theo chu kỳ có ưu điểm là đòi hỏi tải trọng và thiết bị ghi nhận

số liệu ít phức tạp hơn Vì vậy, có nhiều thời gian hơn để quan sát phản ứng của các mẫu thí nghiệm so với hai phương pháp thí nghiệm trên Đối với nghiên cứu này, ứng

xử trễ được coi là yêu cầu dữ liệu quan trọng nhất Phương pháp thí nghiệm tựa tĩnh thực hiện đơn giản hơn các phương pháp khác, tuy nhiên cũng có giới hạn về cung cấp thông tin thực sự của mô hình thí nghiệm

- Thí nghiệm giả động

Thí nghiệm giả động là phương pháp thí nghiệm có một số tính chất của thí nghiệm trên bàn rung Tuy nhiên được bổ sung một số ưu điểm của thí nghiệm tựa tĩnh thông thường [1] Trong thí nghiệm giả động, các phản hồi về lực hồi phục của kết cấu tại mỗi thời điểm trong quá trình thí nghiệm được sử dụng để tính toán bằng máy tính phân tích động phi tuyến tính, số liệu này được dùng để điều khiển kích thủy lực tác động lên kết cấu mô phỏng các lực tương tự như lực tác động xảy ra

trong một trận động đất Phương pháp thí nghiệm giả động sử dụng một máy tính để theo dõi và kiểm soát mô hình để các thay đổi kết cấu gần giống với những thay đổi xảy ra nếu công trình bị kích thích do động đất Các phép đo thực nghiệm được thực hiện bằng lực hồi phục của mô hình trong quá trình thí nghiệm; các lực đo được sử dụng bởi máy tính, cùng với các phương trình toán học cho các đặc tính được xây dựng để xác định sự thay đổi trong chuyển vị kết cấu cần được đưa lên mô hình như

là kết quả của một gia tốc nền nhất định Trong trường hợp thí nghiệm giả động, các thiết bị thường có thông số về tải trọng (lực cắt và mô men uốn) của tường phản lực

và của kích thủy lực Kích thước của tường phản lực rất quan trọng để có thể quyết định độ lớn của kết cấu thí nghiệm

1.2.3 Các đặc trưng động lực học trong tính toán tải trọng động đất

a Tần số dao động riêng (natural frequency)

Trong bài toán phân tích kết cấu chịu các loại tải trọng động nói chung và tải trọng động đất nói riêng thì việc xác định tần số dao động riêng là bước quan trọng nhất về đặc trưng của kết cấu trong bài toán động lực học Đây có thể coi là một trong những thông số chính để có thể xác định được các tác dụng của tải trọng động, để kiểm tra hiện tượng cộng hưởng, cũng như để xác định nội lực và chuyển vị động của kết cấu Trong phân tích tính toán kết cấu công trình chịu tải trọng động đất đòi hỏi phải xác định được nhiều dạng dao động riêng khác nhau để từ đó phân tích và tìm ra sơ đồ làm việc hợp lý cho hệ kết cấu

Việc xác định tần số dao động riêng đối với các hệ kết cấu thông thường đã được đề cập tới trong nhiều tài liệu trong và ngoài nước cũng như trong nhiều phần mềm tính toán khác nhau Tuy nhiên, đối với công trình bê tông cốt thép bán lắp ghép thì việc xác định thông số này có những điểm lưu ý nhất định vì độ cứng của các nút liên kết trong hệ thay đổi trong quá trình chịu tải trọng Vì vậy, luận văn sẽ đề cập tới những lưu ý trong tính toán tần số dao động riêng đối với hệ kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép

b Tỉ số cản của công trình (damping ratio)

Ngoài thông số tần số dao động riêng thì tỉ số cản công trình là một đặc trưng tương đối quan trọng Tỉ số cản được hiểu là một ảnh hưởng bên trong hoặc trên một

hệ thống có dao động có tác dụng giảm, hạn chế hoặc ngăn chặn dao động của công trình đó Trong các hệ thống vật lý, tỉ số cản được tạo ra bởi quá trình tiêu tán năng lượng được dự trữ trong dao động Tỉ số cản cũng có thể được hiểu là một hiện tượng làm cho bất kỳ dao động nào của kết cấu bị phân rã biên động chuyển động dần dần bằng cách tiêu tán năng lượng thông qua các cơ chế khác nhau [8]

Khi không có cản nhớt

Khi có cản nhớt

Hình 1.28: Dạng dao động tự do khi có cản nhớt và không có cản nhớt

1.3 Nghiên cứu về nhà cao tầng bán lắp ghép chịu tải trọng động đất [1]

Đối với nhà cao tầng bê tông cốt thép lắp ghép chịu tác động của động đất có thể được nghiên cứu dựa theo hai tính chất đặc trưng của dạng kết cấu này:

- Mô phỏng tương tự ứng xử của kết cấu BTCT toàn khối thông qua hệ khung hoặc vách cứng Điều này thể hiện thông qua việc phản ứng của kết cấu liên quan tới cường độ, độ cứng, độ dẻo và khả năng tiêu tán năng lượng có thể được mô phỏng tương tự Trong hệ toàn khối tương đương, phản ứng phi tuyến có thể đạt được khi xuất hiện các khớp dẻo ở các vị trí trong khung Ưu điểm của kết cấu này là có thể áp dụng được các tiêu chuẩn của kết cấu BTCT thông thường Tuy nhiên, có nhược điểm

là chỉ phù hợp khi áp dụng cho vùng có động đất mạnh và thường có những yêu cầu phức tạp về lắp ghép các mối nối và biện pháp thi công

- Thông qua liên kết lắp ghép hoặc dựa vào các đặc tính riêng của kết cấu lắp ghép Hệ này thường được cấu tạo từ các bộ phận tách biệt nhau và được liên kết với nhau thông qua liên kết hàn hoặc bu lông, chốt, Khớp dẻo thường xuất hiện tại mối nối được lựa chọn trước theo một cơ chế đã được xác định của biến dạng phi tuyến Đối với kết cấu lắp ghép dạng này, các bộ phận đúc sẵn thường được thiết kế có độ bền lớn để đảm bảo biến dạng phi tuyến chỉ xuất hiện ở các mối nối và do đó xuất hiện phản ứng phi tuyến

Các nghiên cứu trước đây và hiện tại, khi đề cập đến kết cấu BTCT lắp ghép chịu tác động của tải trọng động đất cũng tập trung theo hai phương pháp này 1.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới [1]

a Nghiên cứu kết cấu lắp ghép chịu tải trọng động đất bằng hệ thống thiết bị giả động

Từ trước và sau khi có tiêu chuẩn Eurocode 8, một số các nghiên cứu về cả thực nghiệm và lý thuyết ở Châu Âu đã được thực hiện để đánh giá ứng xử kháng chấn của kết cấu bê tông lắp ghép Các thí nghiệm quan trọng nhất được thực hiện ở các phòng thí nghiệm như: Lisbon, Milan, Ljubljana, Athens, Istanbul và Trung tâm Nghiên cứu chung của Ủy ban châu Âu Ispra,…

Việc nghiên cứu này bắt đầu vào năm 1995 sau khi bản dự thảo của tiêu chuẩn Eurocode 8 đề cập đến ứng xử rất kém của kết cấu lắp ghép 1 tầng chịu tải trọng động đất Từ đây, các thí nghiệm theo chu kỳ và giả động trên các cột đúc sẵn lắp ghép với móng được thực hiện ở Phòng thí nghiệm của Trung tâm Nghiên cứu chung của Ủy ban châu Âu, Ispra Các thông số ứng xử chính được lấy theo hàm lượng cốt thép và lực dọc trục khác nhau Các kết quả thí nghiệm cho thấy, các cột đúc sẵn này làm việc tương đối tốt, liên kết cột – móng ứng xử tương tự như hệ đổ tại chỗ

Mẫu (a) Lắp ghép Mẫu (b) Đổ tại chỗ

Hình 1.29- Mẫu thí nghiệm Dự án ECOLEADER giai đoạn 2002/03

b Nghiên cứu thực nghiệm mô hình tổng thể trên bàn rung mô phỏng động đất

* Đối với mô hình BTCT toàn khối

Với những tiến bộ trong cả thiết bị và công nghệ điều khiển, việc thí nghiệm bằng bàn rung mô phỏng động đất đã được sử dụng thường xuyên hơn trong 30 năm trở lại đây để nghiên cứu, khảo sát và xác định khả năng kháng chấn cho các bộ phận kết cấu và hệ kết cấu khác nhau

Các thí nghiệm trên bàn rung đã được thực hiện lần đầu tiên vào những năm

1972 tại Trung tâm nghiên cứu động đất Thái Bình Dương tại Đại học California, Berkeley, bao gồm mô hình thu nhỏ của cầu cao tốc và bể chứa chất lỏng hình trụ, để đánh giá ứng xử của chúng trong các trận động đất Bertero năm 1983 cũng đã thí nghiệm trên một mô hình tỷ lệ 1:5 của hệ kết cấu BTCT bảy tầng

Tại Nhật Bản, một thí nghiệm trên bàn rung mô hình thu nhỏ cho kết cấu khung cột vách BTCT nhà cao tầng đã được thực hiện bởi Hosoya và các cộng sự năm 1992

để nghiên cứu ứng xử của kết cấu trên khi chịu động đất

Tại Trung Quốc, có nhiều thí nghiệm trên bàn rung đã được tiến hành để nghiên cứu phản ứng của các kết cấu đối với các trận động đất kể từ khi bàn rung đầu tiên đã được xây dựng vào năm 1983 tại Đại học Tongji (Đồng tế) Nhiều nghiên cứu thí nghiệm cho các mô hình nhà cao tầng đã được thực hiện trên bàn rung mô phỏng

động đất ở đây Điển hình như: Tháp truyền hình Thượng Hải, Tòa nhà hỗn hợp Thượng Hải, Nhà hát Thượng Hải, Sân bay Thượng Hải, Khách sạn Shangri-La ở Thượng Hải, Tháp Tianwang ở Quảng Châu, Tháp Futong ở Hải Khẩu, Cung triển lãm Trung Quốc ở Thượng Hải, Các nghiên cứu này không chỉ là các đề tài nghiên cứu mà còn phục vụ cho việc đánh giá thiết kế kháng chấn của công trình Các mô hình thí nghiệm này thường có tỷ lệ thu nhỏ so với công trình thực từ 1:20 đến 1:65, cao từ 20 tầng đến 70 tầng, là kết cấu BTCT hoặc kết cấu liên hợp bê tông – thép đổ toàn khối với các giải pháp thiết kế và yêu cầu kiến trúc khác nhau

Các công trình nghiên cứu đã đề cập ở trên thực hiện các nghiên cứu thí nghiệm trên bàn rung mô phỏng động đất cho các dạng kết cấu khác nhau Tuy nhiên,

có rất ít các nghiên cứu trình bày một cách đầy đủ về việc thiết kế, xây dựng, tạo tải trọng và cách thức áp dụng cho các mô hình kết cấu nhà cao tầng

* Thí nghiệm tổng thể mô hình BTCT lắp ghép trên bàn rung

Bên cạnh thí nghiệm cho mô hình BTCT toàn khối, thì mô hình BTCT lắp ghép cũng được đưa vào thí nghiệm trên bàn rung mô phỏng động đất từ khá sớm Becker

và Llorente năm 1979 tiến hành một thí nghiệm trên bàn rung vách panel bê tông đúc sẵn đơn giản Harris và Caccese năm 1984 đã thực hiện một số nghiên cứu về ứng xử kháng chấn của các tòa nhà bê tông đúc sẵn sử dụng tấm panel trên bàn rung quy mô nhỏ

Gần đây, các nghiên cứu theo dạng này đã được thực hiện trên quy mô và hoàn thiện hơn, cụ thể:

+ A Colombo, P Negro, B Zhao và X Lu (2008) [34]: Trong khuôn khổ chương trình hợp tác giữa Ủy ban Châu Âu và Chính phủ Trung Quốc về nghiên cứu kết cấu bê tông lắp ghép theo Eurocode 8, một thí nghiệm quan trọng đã được thực hiện cho mô hình nhà nhiều tầng lắp ghép trên bàn rung mô phỏng động đất Mô hình thí nghiệm được thiết kế theo lý thuyết tương tự để mô phỏng ứng xử như công trình thực có tỷ lệ 1:5 so với nguyên mẫu, kích thước mặt bằng 4m x 4m, 3 tầng, 2 nhịp Các mối nối giữa dầm với cột, dầm với sàn được liên kết bằng bu lông Các kích thích

từ bàn rung đạt được bằng cách điểu chỉnh biên độ và thời gian của sóng động đất thực tế theo các hệ số tương tự

Kết quả thí nghiệm đã cho thấy các dạng hư hỏng và phá hoại của mẫu thí nghiệm, đặc biệt là hư hỏng tại các mối nối Nó cũng cho thấy được sự phân phối lực ngang lên các tầng để so sánh với các giả thiết phân phối lực ngang trong tính toán Tuy nhiên thí nghiệm mới chỉ dừng lại ở mô hình nhà thấp tầng (3 tầng) và dạng mối nối bu lông (xem hình 1.30)

Hình 1.30- Quá trình thi công và mô hình thí nghiệm hoàn chỉnh

Hình 1.31- Mặt bằng điển hình và lõi

công trình Tháp Thượng Hải

Hình 1.32- Mô hình thí nghiệm trên bàn rung công trình Tháp Thượng

Hải

Hình 1.33- Mô hình thí nghiệm trên bàn

rung tại đại học Đồng tế

Hình 1.34- Mô hình thí nghiệm trên

bàn rung tại đại học Đồng tế

Hình 1.35- Mô hình thu nhỏ Trung tâm

thương mại và tài chính Quảng Châu tại

đại học Đồng tế

Hình 1.36- Mô hình thu nhỏ tháp tài chính BOCOM Thượng Hải tại đại

học Đồng tế

Hình 1.37- Mô hình tòa tháp Kaixuanmen

Mansion tại Thượng Hải

Hình 1.38- Mô hình Trung tâm tài chính Changshou Thượng hải

1.3.2 Các nghiên cứu tại Việt Nam

Việc nghiên cứu mô hình tổng thể đến nay tại Việt Nam mới chỉ dừng lại ở số lượng ít, tập trung chủ yếu ở 2 đơn vị là Viện khoa học Công nghệ Xây dựng và trường Đại học Giao thông Vận Tải nhưng chỉ dừng lại ở loại mô hình có chiều cao

bé Ngoài ra còn có các đề tài nghiên cứu mối nối khi chịu tác động của động đất như:

- Đề tài nghiên cứu mối nối dầm cột bán lắp ghép của trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

- Đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình công nghiệp hóa xây dựng nhà ở tại Việt Nam”, phần Thí nghiệm mối nối nhà công nghiệp hóa chịu tải trọng động đất, Viện KHCN Xây dựng, 2011

Từ các nghiên cứu về thí nghiệm kết cấu nói chung và các kết cấu lắp ghép nói riêng chịu tải trọng động đất thông qua bàn rung mô phỏng động đất ở trên có thể nhận thấy một số đặc điểm chung đó là:

+ Các thí nghiệm đều sử dụng giản đồ gia tốc nhân tạo để tạo ra tác động động đất đối với công trình