Nghiên cứu rung chấn do lu rung và đề xuất giải pháp giảm chấn tại dự án nâng cấp, mở rộng quốc lộ 1 lý trình KM1027 KM1045, tỉnh quảng ngãi

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Xác định qui luật lan truyền sóng chấ động trong nề đất do lu rung gây ra, đá g á p ạm vi ả ưởng của chấ độ g đến công trình lân cậ , đề xuất giải pháp

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- oOo -

LÊ NGUYỄN TẤN PHÚ

NGHIÊN CỨU RUNG CHẤN DO LU RUNG VÀ ĐỀ XUẤT

GIẢI PHÁP GIẢM CHẤN TẠI DỰ ÁN NÂNG CẤP, MỞ RỘNG

QUỐC LỘ 1 LÝ TRÌNH KM1027-KM1045,TỈNH QUẢNG NGÃI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Đà Nẵng, 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- oOo -

LÊ NGUYỄN TẤN PHÚ

NGHIÊN CỨU RUNG CHẤN DO LU RUNG VÀ ĐỀ XUẤT

GIẢI PHÁP GIẢM CHẤN TẠI DỰ ÁN NÂNG CẤP, MỞ RỘNG

QUỐC LỘ 1 LÝ TRÌNH KM1027-KM1045,TỈNH QUẢNG NGÃI

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 8580205

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN LAN

ĐÀ NẴNG, 2018

LỜI CẢM ƠN

Học v x c t cảm ơ T ầy giáo TS Nguyễn Lan đã tận tình – dạy

bảo, ướng dẫn trong quá trình thực hiện và hoàn thiện luậ vă

Xin chân thành cảm ơ Ba g ám ệu Trườ g Đạ ọc Bác oa - Đạ ọc Đ

Nẵ g đã tạo đ ều kiện cho học v được tham gia lớp học và thực hiện luậ vă tốt nghiệp Cảm ơ Ba đ o tạo Sau đạ ọc, qu T ầy Cô, tập thể cán bộ, giảng viên Khoa Xây dựng Cầu đườ g, Trườ g Đạ ọc Bác oa - Đạ ọc Đ Nẵ g đã tạo đ ều kiệ v g úp đỡ c o ọc v tro g t ờ g a ọc cao ọc v o t uậ vă tốt nghiệp này

Do ă g ực bản thân và thời gian nghiên cứu còn hạn chế, luậ vă c ắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, tồn tạ Học viên rất mong nhậ được những ý kiến

đó g góp từ phía quý thầy cô và bạ bè đồng nghiệp để luậ vă được hoàn thiệ ơ

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả x cam đoa đ y cô g trì g cứu của tác giả

Các số liệu, kết quả tính toán và kết quả nghiên cứu trong luậ vă tru g t ực, không sao chép bất kỳ nguồn nào dưới mọi hình thức Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đú g quy định

Tác giả luận văn

Lê Nguyễn Tấn Phú

TÓM TẮT NGHIÊN CỨU RUNG CHẤN DO LU RUNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM CHẤN TẠI DỰ ÁN NÂNG CẤP, MỞ RỘNG QUỐC LỘ 1 LÝ TRÌNH

KM1027-KM1045,TỈNH QUẢNG NGÃI

Học v : L Nguyễ Tấ P ú C uy g : Kỹ t uật x y dự g cô g trì giao thông

Mã số: 8580205 Khóa: K33.XGT_Trườ g Đạ ọc Bác oa – Đạ ọc Đ Nẵ g

Tóm tắt –T ực trạ g x y dự g cô g trì g ao t ô g tro g ữ g ăm qua tạ địa b

t uả g Ngã ư dự á N g cấp uốc ộ 1, Dự á cao tốc Đ ẵ g uả g Ngã

đã p át s ều tra c ấp g ữa cộ g đồ g d cư gầ cô g trì v c ủ đầu tư dự

á qua đế vấ đề ru g c ấ do u ru g gây ra trong quá trình thi công xây dựng Luậ vă y p t c các cơ sở oa ọc vấ đề a truyề só g tro g ề đất do u

ru g ề m t đườ g v p t c xác đị bá ả ưở g do ru g c ấ b g mô

ì số v đố c ứ g vớ ết quả t ực g ệm tạ ệ trườ g; đề xuất một số biện pháp g ảm c ấ do u ru g để g ảm tác ạ do ru g c ấ đế các cô g trì cậ tại

Dự án Nâng cấp, cải tạo Quốc lộ 1 lý trình Km1027-Km1045, t nh Quảng Ngãi

TỪ KHÓA: Vậ tốc đ c ất đ ểm, u ru g, ru g độ g, a truyề só g, guồ

rung, p ầ tử ữu ạ , bá ả ườ g, vậ tốc ru g g ớ ạ

Abstract – Of recent years, activities in transport work include 1 National

Highway Upgrade Project and DaNang-QuangNgai Express Highway Project, it has caused a lot of disputes between the residental commulities near the project owners involved in vibration caused by construction activities

This dissertation focused on analysis scientific basis belong to wave propagation from vibration roller in the ground, analyzing the numeric models using FEM solfware reference to empirical measurements Proposed some damping measures for vibration damping to reduce harm caused by vibration to adjacent works in the No.1 National Highway Upgrade Project, Km1027+Km1045+780, Quang Ngai Province

Key words - Peak particle velocity (PPV), vibrating roller, vibration, wave

propagation, vibration sources, Finite Element (FEM), radius influence; vibration limit velocity

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ SÓNG CHẤN ĐỘNG DO HOẠT ĐỘNG THI CÔNG XÂY DỰNG LÊN CÔNG TRÌNH LÂN CẬN 3

1.1 K á ệm c u g về a truyề só g tro g ề đất do guồ ru g 3

1.1.1 Só g địa c ấ 3

1.1.2 Tốc độ truyề só g 4

1.2 Ru g c ấ do oạt độ g t cô g ả ưở g đế các cô g trì cậ 6

1.3 Ru g c ấ do t cô g uốc ộ 1A đoạ qua t uả g Ngã 7

1.3.1 Vị tr địa 7

1.3.2 K ậu 7

1.3.3 Đ c đ ểm địa ì 8

1.3.4 Địa c ất 8

1.3.5 T ủy vă 8

1.3.6 Đ c đ ểm guồ ru g 9

1.4 Các qu đị g ớ ạ mức độ ru g c ấ đố vớ cô g trì cậ 11

1.5 Kết uậ 15

Chương 2 CƠ SỞ PHÂN TÍCH SỰ LAN TRUYỀN SÓNG TRONG NỀN ĐẤT16 2.1 Cơ sở t uyết b toá a truyề só g tro g ề đất 16

2.1.1 P ươ g trì só g tro g mô trườ g đ ồ vô ạ 16

2.1.2 Sự a truyề só g tro g bá ô g g a đ ồ 18

2.1.3 Sự p ụ t uộc của b độ của só g m t Ray e g v o oả g các 19

2.1.4 Tốc độ truyề só g 21

2.1.5 Độ g ực ọc ết cấu cô g trì 22

2.1.6 Yếu tố g ảm c ấ độ g 23

2.1.7 Sự suy g ảm b độ só g 25

2.1.8 Cơ cấu g ảm c ấ 27

2.2 P ươ g p áp p ầ tử ữu ạ 29

2.2.1 Bài toán p ầ tử ữu ạ 29

2.2.2 P ươ g p áp p t c ịc sử t ờ g a (T me H story A a ys s) 32

2.3 P t c a truyề só g b g p ầ mềm PTHH 32

2.3.1 P ầ mềm M das GTS NX 32

2.3.2 Phân tích mô hì t ực g ệm tr p ầ mềm MIDAS 32

2.3.3 Kết quả p t c : 39

2.3.4 N ậ xét, đá g á v ết uậ 40

Chương 3: THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU RUNG CHẤN DO LU RUNG 43

3.1 Một số ết quả t ực g ệm đo ru g c ấ tr quốc ô 1A Đoạ qua quả g gã (T am ảo ết quả) 43

3.1.1 Dự á g cấp, mở rộ g quốc ộ 1A đoạ qua t uả g Ngã (từ m1063+877 đế m1092+577) vị tr đo: m1064+018 43

3.1.2 Khu d cư gầ Km1044, QL1 xã Bì H ệp, Huyệ Bì Sơ , t

uả g Ngã (T ực g ệm đo đạc ệ trườ g) 50

3.2 B ệ p áp g ảm c ấ - mô p ỏ g v t ực g ệm 54

3.2.1 Mô p ỏ g 55

3.2.2 T ực g ệm 57

3.3 So sá ết quả p t c v t ực g ệm 58

3.3.1 H ệu quả g ảm c ấ t ực g ệm 59

3.3.2 H ệu quả g ảm c ấ mô p ỏ g 59

3.3.3 Tươ g qua mô ì ô g g ảm c ấ g ữa t ực g ệm v mô p ỏ g 60 3.3.4 Tươ g qua mô ì o g ảm c ấ g ữa t ực g ệm v mô p ỏ g 61

3.4 N ậ xét sự ệu quả có b ệ p áp g ảm c ấ 62

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

3.1 Kết uậ 63

3.2 K ế g ị 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHỤ LỤC 1 1

PHỤ LỤC 2 7

PHỤ LỤC 3 13

PHỤ LỤC 4 15

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc trưng thủy văn các sông chính tỉnh Quảng Ngãi 9

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật xe lu rung một bánh sắt 10

Bảng 1.3 Giá trị tối đa cho phép về mức gia tốc rung đối với hoạt động xây dựng (QCVN 27:2010/BTNMT) 12

Bảng 1.4 Mức gia tốc rung 12

Bảng 1.5 Giá trị vận tốc rung giới hạn đối với công trình khi chịu tác động rung gián đoạn (TCVN 7378: 2004) 13

Bảng 1.6 Giá trị vận tốc rung giới hạn đối với công trình khi chịu tác động rung liên tục (TCVN 7378: 2004) 13

Bảng 1.7 Đặc tính rung động của một số thiết bị và phương tiện được dùng phổ biến trong sản xuất công nghiệp, xây dựng, giao thông và dân dụng (TCVN 7378: 2004) 14

Bảng 1.8 Đánh giá ảnh hưởng dao động nền đất lên công trình theo Tiêu chuẩn DIN 4150-3:1999 14

Bảng 2.1 Quan hệ tốc độ sóng ngang và sóng dọc α = c S /c P 21

Bảng 2.2 Quan hệ tốc độ sóng Rayleigh và sóng ngang V = c R /c S 22

Bảng 2.3 Thống kê vật liệu 34

Bảng 2.4 Tổng hợp kết quả các giá trị vận tốc dao động lớn nhất (mm/s) 40

Bảng 2.5 Xác định vận tốc giới hạn theo TCVN 7378-2004 41

Bảng 2.6 Tổng hợp kết quả bán kính ảnh hưởng (m) 42

Bảng 3.1 Tham số kỹ thuật khi đo dao động gây ra bởi nguồn rung 46

Bảng 3.2 Tổng hợp kết quả các giá trị vận tốc dao động đo được lớn nhất (mm/s) 47

Bảng 3.3 Thông số lu rung HAMM 3414 51

Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả các giá trị vận tốc dao động lớn nhất (mm/s) 54

Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả các giá trị vận tốc dao động lớn nhất (mm/s) 56

Bảng 3.6 Tổng hợp kết quả các giá trị vận tốc dao động lớn nhất (mm/s) 56

Bảng 3.7 Tổng hợp kết quả các giá trị vận tốc dao động lớn nhất (mm/s) 58

Bảng 3.8 So sánh quy luật suy giảm vận tốc theo thực nghiệm 59

Bảng 3.9 So sánh quy luật suy giảm vận tốc theo thực nghiệm, 60

Bảng 3.10 Sai số tương đối giữa thực nghiệm và phần mềm Midas GTS NX không biện pháp giảm chấn 60

Bảng 3.11 Xác định bán kính an toàn cho cấp công trình loại III theo TCVN

7378:2004 không biện pháp giảm chấn 61 Bảng 3.12 Sai số tương đối giữa thực nghiệm và phần mềm Midas GTS NX đào hào giảm chấn 61 Bảng 3.13 Xác định bán kính an toàn cho cấp công trình loại III theo TCVN

7378:2004 đào hào giảm chấn 62

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 a, b, c, d Dự án đường cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi 6

Hình 1.2 a, b, c, d Dự án đường Nguyễn Trãi, thành phồ Quảng Ngãi (giai đoạn 2) 7

Hình 1.3 a, b, c Hình ảnh máy lu rung đang thi công tại công trường 11

Hình 2.1 Phân tố ứng suất 17

Hình 2.4 Sự suy giảm vận tốc lớn nhất của chất điểm 27

Hình 2.5 Ứng xử của sóng mặt Rayleigh khi có hào cách chấn 28

Hình 2.6 Khai báo vật liệu 33

Hình 2.7 Hố khoan địa chất 33

Hình 2.8 Khối hình học nền đường và mặt bằng các dự án thực tế 34

Hình 2.9 Khởi tạo điều kiện biên cho khối 3D 35

Hình 2.10 Chạy tham số trong Eigenvalue 35

Hình 2.11 Kết quả tham số sau khi phân tích 36

Hình 2.12 Khai báo dao động cưỡng bức cho lu rung 36

Hình 2.13 Gán tải trọng động 36

Hình 2.14 Hàm tải trọng động của lu rung 37

Hình 2.15 Chạy chương trình tính toán khi đã gán tải trọng 38

Hình 2.16 Phổ sóng lu rung trên nền đường có hào giảm chấn 38

Hình 2.17 a, b, c, d Hiệu ứng lan truyền sóng phương ngang 39

Hình 2.18 a, b, c, d Hiệu ứng suy giảm do hào cách chấn 39

Hình 2.19 Quan hệ vận tốc và bán kính V-R 40

Hình 3.1 Vị trí thí nghiệm trên nền đất tự nhiên dọc tuyến 43

Hình 3.2 Máy đầm rung LiuGong D4114ZG3B 44

Hình 3.3 Công trình lân cận 44

Hình 3.4 Đầu đo dao động 45

Hình 3.5 Sơ đồ bố trí đầu đo dao động trên mặt đất tại hiện trường 46

Hình 3.7 Quan hệ giữa vận tốc dao động lớn nhất khi máy đầm rung hoạt động 48

Hình 3.8 Quan hệ giữa vận tốc dao động lớn nhất khi máy đầm rung hoạt động 49

Hình 3.9 Hiện trường thí nghiệm 51

Hình 3.10 Lu rung HAMM 3414 51

Hình 3.11 Sơ đồ bố trí đầu đo rung động trên mặt đất tại hiện trường 52

Hình 3.12 a, b Công trình nhà dân cần được bảo vệ 52

Hình 3.13 Cảm biến đo rung 53

Hình 3.14 Sơ đồ khối hệ thống thiết bị đo rung động nền đất 53

Hình 3.15 Biểu đồ tương quan 54

Hình 3.16 Biểu đồ tương quan 55

Hình 3.17 Biểu đồ tương quan 55

Hình 3.18 Biểu đồ tương quan 56

Hình 3.19 Biểu đồ tương quan 56

Hình 3.20 Biểu đồ thể hiện tương quan hiệu quả giảm chấn trong mô phỏng 57

Hình 3.21 Đào hào giảm chấn 57

Hình 3.22 Biểu đồ tương quan 58

Hình 3.23 Biểu đồ thể hiện tương quan hiệu quả giảm chấn trong thực nghiệm 59

Hình 3.24 Biểu đồ thể hiện tương quan hiệu quả giảm chấn trong 60

Hình 3.25 Biểu đồ thể hiện tương quan thực nghiệm và phần mềm Midas GTS NX không biện pháp giảm chấn 61

Hình 3.26 Biểu đồ thể hiện tương quan thực nghiệm và phần mềm Midas GTS NX đào hào giảm chấn 62

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trong nhữ g ăm gầ đ y, t nh Quả g Ngã đã tập tru g đầu tư x y dựng kết cấu hạ tầng giao thông theo Nghị quyết số 02-NQ/TU ngày 01/7/2016 của T nh ủy Quảng Ngãi và Quyết định số 584/ Đ-UBND ngày 31/10/2016 của UBND t nh Quảng Ngãi về đầu tư ết cấu hạ tầng, nhất là hạ tầng giao thông và hạ tầ g đô t ị giai đoạn 2016-2020; tro g đó có các dự trọ g đ ểm nh m kết nối Quảng Ngãi với các t nh trong vùng kinh tế trọ g đ ểm miề Tru g, ư: Dự á đường cao tốc Đ Nẵng-Quảng Ngãi; Dự án Nâng cấp, cải tạo Quốc lộ 1; Dự á đường ven biển Dung Quất-Sa Huỳnh; các Dự án trong Khu kinh tế Dung Quất; các Dự á đầu tư x y dựng các tuyến đườ g tr địa bàn thành phố Quả g Ngã ;… đã góp p ần quan trọng vào việc thúc đẩy phát triển kinh tế-xã hội của t nh nhà

Tuy nhiên, trong quá trình thi công xây dựng các dự á u tr , v ệc sử dụ g

u ru g để đầm c t ề v ết cấu áo đườ g đã m p át s ru g c ấ a truyề tro g ề đất g y ả ưở g đế các cô g trì cậ , g y ứt nhà dân, nhất là khu vực đô g d cư v tro g đô t ị Nhiều dự á đã bị chậm tiến độ, thậm chí dừng thi công trong thời gian dài do phát sinh tranh chấp giữa chủ đầu tư/đơ vị thi công với

các hộ dân trong việc bồ t ường nứt do u ru g g y ra Do đó, v ệc “nghiên cứu

rung chấn do lu rung và đề xuất giải pháp giảm chấn tại Dự án Nâng cấp, cải tạo Quốc lộ 1 lý trình Km1027-Km1045, tỉnh Quảng Ngãi” là rất cần thiết Nhờ những

nghiên cứu này, dự báo được đủ tin cậy phạm vi ả ưởng do hoạt động xây dựng

g y ra, gười xây dựng sẽ quyết đị được biện pháp thi công phù hợp hạn chế gây nguy hiểm các công trình lân cận, tiết kiệm c p đầu tư v t toá p ạm vi giải

phóng m t b ng cần thiết khi thi công xây dựng

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Xác định qui luật lan truyền sóng chấ động trong nề đất do lu rung gây ra,

đá g á p ạm vi ả ưởng của chấ độ g đến công trình lân cậ , đề xuất giải pháp giảm chấn

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:

- Đố tượng nghiên cứu: Quy luật lan truyền sóng do lu rung gây ra

- Phạm vi nghiên cứu: Xác định qui luật lan truyền sóng trong nề đất do lu

ru g g y ra, xác định phạm vi ả ưởng tại Dự án nâng cấp, cải tạo Quốc lộ 1 lý trình Km1027-Km1045, t nh Quảng Ngãi

- Nghiên cứu biện pháp giảm chấn b g đ o o các c ấn

4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp phân tích lý thuyết và thực nghiệm kiểm chứng

5 Kết quả dự kiến

Kết quả nghiên cứu dự kiế g úp c o gười thiết kế và thi công xây dựng dự báo được phạm vi ả ưởng của chấ động do lu rung gây ra v xác định các tham số hào cách chấn, qua đó quyết định giải pháp thi công phù hợp, đảm bảo an toàn và kinh phí thấp nhất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SÓNG CHẤN ĐỘNG DO HOẠT ĐỘNG

THI CÔNG XÂY DỰNG LÊN CÔNG TRÌNH LÂN CẬN 1.1 Khái niệm chung về lan truyền sóng trong nền đất do nguồn rung

1.1.1 Sóng địa chấn

Só g địa chấn thuộc dạ g só g cơ ọc, ă g ượ g được truyền qua các lớp của trá đất phát sinh từ nguồn chấ độ g tro g đất ư độ g đất, núi lửa, nổ mì , đập, rung

Sự ác au về các t ức a truyề , đ c trư g dao độ g của p ầ tử mô trườ g, dẫ đế v ệc p c a ra các oạ só g địa c ấ Sự ác b ệt ớ ất

g ữa só g ố (Body waves) và só g m t (Surface waves)

Só g ố a truyề qua p ầ b tro g của Trá Đất Só g m t a truyề tr

bề m t, m t t ếp g áp g ữa các p a của vật c ất rắ - ô g , ước-không khí, và

Chấ độ g ru g ( ay ru g động) phát sinh từ yếu tố tự nhiên và yếu tố con gười Hoạt động kiến tạo trong vỏ Trá Đất ư độ g đất, núi lửa là các hiệ tượng tự , ă g ượng giải phóng ra truyề b dưới m t đất tạo các ru g động ở nhiều cấp độ ác au Đ y ững hiệ tượng mà thờ đ ểm p át s , co gười

c ưa o to xác đị trước được

Các nguồn phát sinh chấ động gây ra do hoạt động của co gườ ư: oạt

độ g g ao t ô g đường bộ, đường sắt; vận hành các thiết bị công nghiệp ư các máy nghiền sàng, máy quay ly tâm trong đúc b tô g v g ề x mă g, bơm t ủy lực; hoạt động thi công xây dựng sử dụ g búa máy đó g cọc bê tông vào nền móng công trình, lu lèn nề đường; các vụ nổ trong khai thác khoáng sản, thi công hầm…

Sóng do nguồn rung gây ra trong nề đất cách nguồn rung một khoảng cách bao gồm các só g cơ bản sau: sóng nén (P); sóng cắt (S) và Sóng Rayleigh(R)

Sóng P, sóng S và sóng R di chuyển với tốc độ ác au Só g P đ a ất, sau đó só g S v só g R Dọc theo m t đất, sóng P và sóng S tiêu tán nhanh ơ

só g R Do đó, só g R g y xáo trộn lớn nhất ở m t nền và có thể nhận biết rõ ràng từ một khoảng cách xa nguồn rung

Só g é (P): só g y được truyề đ do t ay đổi thể tích của vật chất, gây biến dạ g éo v é tro g ò g đất Hướng chuyể động của các hạt vật chất trùng

vớ ướng chuyể động của sóng Sóng này có thể đ qua oại vật liệu bất kỳ, gồm cả chất lỏng, khí, và có thể truyền nhanh gần gấp đô so với tốc độ của sóng S

Sóng cắt (S): Hướng chuyể động của các phần tử vật chất vuông góc vớ ướng

di chuyển của sóng Sóng S gây ra hiệ tượng xoắn và cắt m ô g m t ay đổi thể tích của mô trường sóng Sóng này ch truyền trong chất rắn ho c thể vô định hình gần rắn, không truyền qua chất lỏng và khí Tốc độ truyền của sóng S chậm ơ só g

P, khoảng 60% tốc độ của sóng P Ở m t đất sóng S gây chuyể độ g t eo p ươ g

ga g v p ươ g đứng

Sóng Rayleigh (R): là loại sóng làm cho các phần tử vật chất chuyể động theo quỹ đạo hình ellipse trong m t phẳng thẳ g đứng song song vớ ướng truyền sóng Chuyể độ g y tươ g tự chuyể động sóng biển gây ra nén ho c kéo và cắt trong

Nếu mô trườ g đ ồ tưởng vô hạ , đồng nhất v đẳ g ướng tốc độ của

só g P v só g S được xác định theo công thức:

v





 (1.2) Tro g đó: E: Modu đ ồi; G: Modun cắt; :Tỷ trọng; v: Hệ số Poisson của môi trường truyền sóng

T số vậ tốc g ữa sóng S và sóng P là : 1 2

2(1 )

S P

Tốc độ của sóng P khoảng 1.5÷8 km/s

Tốc độ của sóng S chậm ơ , oảng 50%÷60% tốc độ của sóng P

Sóng m t Ray e g R t ường chậm ơ só g ối S, có thể xác định gầ đú g tốc độ só g R ư sau: vR≈0.92vS

B độ của sóng khối P và S giảm tuyến tính khi khoảng cách với chấn tiêu

Để mô tả sự suy giảm sự lan truyền sóng chấ động trong nề đất có nhiều công thức thực nghiệm để xác đị Tro g đó, p ươ g p áp tỷ lệ theo khoả g các được giới thiệu theo công thức dướ đ y được sử dụng rộng rãi cho hoạt động nổ mìn và

đó g cọc (Svinkin 1999 and Wiss 1981) [8, 9]

trong đó:

V - Vận tốc chất đ nh tạ đ ểm cách khoảng R từ nguồn rung;

W - Nă g ượng của nguồn gây rung;

k và n - Các tham số thực nghiệm xác định từ đồ thị quan hệ V và R trên trục logarit

Ghi chú: Xây dự g đồ thị quan hệ V v R (P ươ g p áp, t ết bị đo ru g c ấn

t eo ướng dẫn tại TCVN 7378: 2004 và sẽ được mô tả chi tiết ở c ươ g III).Sử dụng

Hệ thống thiết bị đo ru g độ g t ường bao gồm: Các cảm biến rung (transducers), hệ thống thu thập tín hiệu dao động (dattalogger) và phần mềm thu thập, xử lý tín hiệu dao động (software)

Tươ g ứng với mỗ đ ểm đo ta có được c p trị số Vi (mm/s) - Ri (m) Từ số liệu các đ ểm đo (V , R ) ta x y dự g đường cong quan hệ V-R tươ g ứng cho mỗi loại nguồn rung

Wiss (1981) cho r ng, k và n là cố định cho mỗi tổ hợp nguồn rung và loạ đất

P ươ g p áp y ô g t ể sử dụng mà không dùng các số liệu đo đạc chi tiết tại hiện trường

Nhiều bản cập nhật p ươ g p áp y đã được đề xuất, ư: New (1986) [6],

Sv (1999) [8] v Ha so v các đồng nghiệp (2006) cho nhiều loại công nghệ hạ cọc và nổ mì ác au Nó c u g, các p ươ g p áp ày là không phù hợp để dùng

đá g á sự ru g động do các nguồn rung khác nhau nếu ư ô g tìm ểu kỹ về mức độ ă g ượng tại nguồn rung

(1.4)

1.2 Rung chấn do hoạt động thi công ảnh hưởng đến các công trình lân cận

Trong nhữ g ăm qua, oạt động thi công xây dựng các dự án nói chung và dự

á cô g trì g ao t ô g ó r g đã g y ra ru g c ấn làm nứt nhà dân và các công trình lân cận khu vực dự án, ả ưở g đế mô trường sống của gười dân, cụ thể: Tại dự án Nâng cấp, mở rộng Quốc lộ 1 đoạn Thanh Hóa-Cầ T ơ v đường Hồ

C M đoạn qua Tây Nguyên, theo số liệu của Bộ GTVT báo cáo Thủ tướng Chính phủ, có đến 35.814 nhà dân bị nứt do rung chấn gây ra, chi phí bồ t ường cho hộ dân

đế g trăm tỷ đồ g Tro g đó, đoạn qua t nh Quảng Ngãi có khoảng 4.516 nhà dân bị nứt với kinh phí bồ t ường khoảng 37 tỷ đồng

Một số hình ảnh về nứt nhà do rung chấn trong thi công tại Dự án Nâng cấp Quốc lộ 1, tỉnh Quảng Ngãi

Hình 1.1 a, b, c, d Dự án đường cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi

Hình 1.2 a, b, c, d Dự án đường Nguyễn Trãi, thành phồ Quảng Ngãi (giai đoạn 2)

1.3 Rung chấn do thi công Quốc lộ 1A đoạn qua tỉnh Quảng Ngãi

1.3.1 Vị trí địa lý

T nh Quảng Ngãi n m ở duyên hải Nam Trung Bộ, có tọa độ địa lý 14o32’ đến

15o25’ vĩ Bắc, 108o06’ đến 109o04’ Đô g; p a bắc giáp t nh Quảng Nam trên ranh giới các huyện Bì Sơ , Trà Bồng và Tây Trà; phía nam giáp t Bì Định trên ranh giới các huyện Đức Phổ, Ba Tơ; p a t y, t y bắc giáp t nh Quảng Nam và

t nh Kon Tum trên ranh giới các huyện Tây Trà, Trà Bồng, Sơ T y và Ba Tơ; phía tây nam giáp t nh Gia Lai trên ranh giới huyệ Ba Tơ; p a đô g g áp b ể Đô g, có đường bờ biển dài gần 130km với 5 cửa biển chính là Sa Cần, Sa Kỳ, cửa Đại, Mỹ Á

và Sa Huỳnh

Dự án nâng cấp Quốc lộ 1, lý trình Km1027-Km1045+780, t nh Quảng Ngãi có

đ ểm đầu tại Km1027 thuộc địa phận huyệ Bì Sơ (g áp t nh Quả g Nam) v đ ểm cuối tại Km1045+780 thuộc địa phận huyệ Sơ Tịnh

khô ở đ y từ t á g II đến tháng VIII Lượ g mưa của t 2.198 mm/ ăm ư g c tập trung nhiều nhất vào các tháng IX, X, XI, XII còn các tháng khác thì khô hạn Khí hậu có nhiều g ó Đô g Nam t g ó Đô g Bắc vì địa ì địa thế phía nam, và do thế

ú địa p ươ g tạo ra

1.3.3 Đặc điểm địa hình

Khu vực dự á đ qua, đoạ đầu tuyến từ Km1027-Km1034, tuyế đ gần song song vớ đường sắt, trong khu vực đồi núi thấp Địa hình chủ yếu đồng ruộng có cao

độ không biế đổi nhiều Tro g đoạn tuyến hiện có trạm biến áp Dốc Sỏi với quy mô

lớ D cư s sống dọc t eo đường hiện tại tập trung trong một số phạm vi nhỏ có mật độ á đô g đúc Đoạn từ Km1034-Km1040, tuyến chủ yếu đ qua u vực có

d cư tập tru g đô g đúc tại Thị trấn Châu Ổ, xen kẽ vớ các cá đồng lúa và hoa màu của d cư địa p ươ g Đoạn từ Km1040 đến cuối tuyến đ qua u vực đồi núi thấp sau vượt qua cầu Cháy tại Km1042+987 hoàn toàn thuộc phạm vi khu vực đồng b g D cư s sống dọc t eo đường hiện tại tập trung trong một số phạm vi nhỏ có mật độ á đô g đúc Phía cuố đoạn tuyến hiệ đa g ì t u cô g nghiệp VSIP, t nh Quảng Ngãi và gần TP Quảng Ngãi nên mật độ d cư p bố

đô g ơ

1.3.4 Địa chất

K u vực dự á g cứu có đ c đ ểm địa c ất ư sau:

Lớp kq1: Đất san lấp thành phần hỗn tạp (gạch, đá, cát, sét, m u xám v g, u

đỏ), chiều dày trung bình của lớp 0.99m

Lớp 4: Cát sét, cát cấp phối kém, màu xám vàng, kết cấu ch t vừa (SC, SC-SM),

chiều dày trung bình của lớp 2.55m

Lớp 7: Sét t dẻo, bụi rất dẻo m u xám v g, u đỏ, trạng thái dẻo cứng (CL,

MH), chiều dày trung bình của lớp 3.08m

Bảng 1.1 Đặc trưng thủy văn các sông chính tỉnh Quảng Ngãi

Chiều dài lưu vực (km)

Chiều rộng lưu vực

(km)

Diện tích lưu vực

Sông ngòi Quảng Ngãi đều xuất phát từ Đô g Trườ g Sơ v c ảy ra biển

Đô g Dò g sô g gắ , độ dốc cao (từ 10,5o đến 33o), lòng sông cạn và hẹp nên vào mùa mưa (có ượ g mưa rất nhiều) dòng chảy cườ g độ mạn , t ườ g g y ra ũ ụt lớn, gây tác hại cho sản xuất v đời sống, m t ác cũ g ma g về c o đồng b ng một

ượ g p ù sa đá g ể Với mạ g ưới sông suố d y đ c, các phụ ưu của hệ thống sông Trà Bồng, Trà Khúc, sông Vệ v Tr C u đều bắt nguồn từ những vùng núi cao

có độ dốc lớn vớ ượ g ước nhiều là những nguồn thuỷ ă g có g á trị

Dòng chảy ũ ở đ y cũ g diễn ra ác liệt nhất, không ch so với toàn dải duyên hải miền Trung mà là toàn lãnh thổ Việt Nam Mùa ũ từ tháng X - XII chiếm 60 - 75% ượng dòng chảy ăm v moduy dò g c ảy ũ ớn nhất ước ta, trung bình 150 - 200 /s m2 T á g XI có ượng dòng chảy lớn nhất chiếm 25 - 32% ượng dòng chảy ăm

vớ mô đu tru g bì 150 - 250l/s.km2

1.3.6 Đặc điểm nguồn rung

Tro g p ạm v g cứu của đề t guồ ru g do oạt độ g u rung ề đườ g (b g xe u ru g) tạ Dự á N g cấp uốc ộ 1, trì Km1027-Km1045+780, t

uả g Ngã Đ c t t ô g số ỹ t uật các t ết bị lu rung được sử dụ g tạ dự á

ư sau:

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật xe lu rung một bánh sắt

THƯƠNG

HIỆU/MODEL ĐƠN VỊ

LU HAMM 1 BÁNH SẮT

3412

LU 1 BÁNH SẮT DYNAPAC CA362PD

LU 1 BÁNH SẮT DYNAPAC CA602D

vòng quay

Kw(HP)/vòng/phút 95(127,4)/2300 112(150,2)/2200

Trọ g ượng

Nguồn: Cục Đăng kiểm Việt Nam

Hình 1.3 a, b, c Hình ảnh máy lu rung đang thi công tại công trường

1.4 Các qui định giới hạn mức độ rung chấn đối với công trình lân cận

Trên thế giới, nhiều quốc g a đã v đa g x y dựng các qu định “giới hạn mức

độ rung chấn đối với công trình lân cận”, có nhiều tiêu chuẩ đã được ban hành về

thiết lập các mức rung giới hạ để không ả ưở g đế co gười và công trình lân

cậ ư: BS 6472-1:2008 ho c QCVN 27:2010/BTNMT T eo đó, giá trị tố đa c o phép về mức gia tốc rung theo Quy chuẩn Việt Nam theo bảng sau:

Bảng 1.3 Giá trị tối đa cho phép về mức gia tốc rung đối với hoạt động xây

2 Khu vực t ô g t ường

21 giờ – 6 giờ Mức nền Tro g đó:

- Khu vực đ c biệt: Là những khu vực trong hàng rào của các cơ sở y tế, t ư viện, nhà trẻ, trường học, nhà thờ, đì , c ùa v các u vực có quy đị đ c biệt khác

- Khu vực t ô g t ường: Gồm: u c u g cư, các ở riêng lẻ n m cách biệt

ho c liền kề, khách sạn, nhà ngh , cơ qua c

- Mức nền: Là mức gia tốc ru g đo được khi không có các hoạt động sản xuất,

t ươ g mại, dịch vụ và xây dựng tại các khu vực được đá g á

Khi chuyể đổi giá trị mức gia tốc ru g t t eo Đêxiben (ký hiệu dB) và gia tốc ru g t t eo mét tr g y bì p ươ g (m/s2) sử dụng Bảng sau:

ngừa ư ạ c o cô g trì , các p ươ g t ện trong quá trình hoạt độ g ô g được gây

ra mức vận tốc ru g vượt quá giới hạn Các tiêu chuẩ sau đ y ướng dẫn phù hợp nhất cho việc đá g á ả ă g ư ỏng công trình lân cận do các hoạt động thi công xây dựng

- Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 7378: 2004 Ru g động và chấ động - Rung

độ g đối với công trình – Mức rung giới hạ v p ươ g p áp đá g á

- Tiêu chuẩ Đức: DIN 4150 - 3:1999 “Dao động kết cấu, phần 3 - Ả ưởng của dao động lên kết cấu”;

- Tiêu chuẩn Anh quốc: BS 7385-2:1993 “Đá g á v đo đạc dao động trên công trình, phần 2 - Hướng dẫ đá g á các mức ư ỏ g do dao động nề đất”;

- Tiêu chuẩn Thụy Đ ển: VSS - SN640-321a:1992 - Ả ưở g dao động lên công trình xây dựng

Bảng 1.5 Giá trị vận tốc rung giới hạn đối với công trình khi chịu tác động

rung gián đoạn (TCVN 7378: 2004)

Loại công

trình(*)

Giá trị vận tốc rung giới hạn Vi, mm/s

Tần số rung ở móng công trình Tần số rung ở

mái công trình 1Hz đến

10 Hz(**)

Trên 10 đến 50Hz

Tr 50 đến

100 Hz

Trên 100Hz Tất cả các tần số Loại I

1 Công trình loại I: Là các công trình xây dựng công nghiệp kiên cố có kết cấu khung b ng thép, bê tông cốt thép ho c các công trình kiến trúc xây dự g tươ g tự

2 Công trình loại II: Là các công trình công cộng nhà ở nhiều tầng (từ 2 tầng trở ), được xây dựng từ bê tông, bê tông cốt thép, gạc , tường chịu lực liên kết ;

ho c các công trình kiến trúc xây dựng tươ g tự

3 Công trình loại III: Là các công trình xây dựng không n m ở loại I và loại II; các công trình nhẹ nhạy cảm vớ ru g độ g ư các tượ g đ , cô g trì ịch sử - vă hóa, di tích cổ, đền chùa, miếu mạo v.v…

(**) Tần số dao động riêng f (tần số cơ bản) của cô g trì được xác định gần

đú g b ng một trong hai công thức thực nghiệm sau:

  

10

NTro g đó: N số tầng của công trình xây dựng

  

46

H

Tro g đó:H c ều cao của công trình, tính b ng mét

Bảng 1.6 Giá trị vận tốc rung giới hạn đối với công trình khi chịu tác động

Bảng 1.7 Đặc tính rung động của một số thiết bị và phương tiện được dùng phổ biến trong sản xuất công nghiệp, xây dựng, giao thông và dân dụng (TCVN

7378: 2004)

động rung

1 Các p ươ g t ệ g ao t ô g đường bộ, đường sắt Liên tục, g á đoạn

2 Các loại thiết bị oa v đó g cọc G á đoạn

3 Các loại thiết bị đầm, lu Liên tục, g á đoạn

4

Các máy móc, công nghệ gây chấ động lớn

trong các nhà máy, xí nghiệp, cơ sở sản xuất

(ép, rèn dập, nghiền sàng v.v.)

Liên tục, g á đoạn

5

Các p ươ g t ện, thiết bị dân dụng: Hệ thống

đ ều hòa nhiệt độ trung tâm, máy xay xát thóc

mại/ công nghiệp 20 20 - 40 40 - 50 40 10

việc “nghiên cứu rung chấn do lu rung và đề xuất giải pháp giảm chấn tại Dự án

Nâng cấp, cải tạo Quốc lộ 1 lý trình Km1027-Km1045, tỉnh Quảng Ngãi” là rất cần

thiết

Kết quả nghiên cứu đã ắc phục được một phần những hạn chế trong việc xác định phạm vi ả ưởng của rung chấ , đá g á đú g v quyết đị được biện pháp thi công phù hợp với Dự án Nâng cấp Quốc lộ 1, lý trình Km1027-Km1045+780, góp phần hoàn thành dự á đú g t ế độ Đồng thời kết quả nghiên cứu cũ g có t ể được

áp dụng đối với các dự á ác tr địa bàn t nh

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ PHÂN TÍCH SỰ LAN TRUYỀN SÓNG TRONG NỀN ĐẤT

2.1 Cơ sở l thuyết ài toán lan truyền sóng trong nền đất

2.1.1 Phương trình sóng trong môi trường đàn hồi vô hạn

P ươ g trì c b ng có dạng:

2 2 2 2 2 2

v Y

T eo p ươ g p áp c uyển vị t ì tro g mô trườ g đ ồ , đẳ g ướng nhờ biểu thức quan hệ ứng suất – biến dạng (2-3) và biểu thức liên hệ giữa biến dạng – chuyển

vị (2-4) từ ba p ươ g trì (2-1) ta sẽ nhậ được ba p ươ g trì đối với chuyển vị

sau:

2 2

2 2 2

2 2 2

I E

I E

I E

Nếu giả định r g đất là vật liệu bá đ ồi biến dạ g t eo 3 p ươ g t ì ó sẽ được chia làm hai loạ só g cơ độc lập với nhau truyền từ nguồn gây chấ động Vậy chuyển vị của mỗ đ ểm tro g đất b ng tổng chuyển vị mỗ p ươ g của mỗi loại sóng





 (2-9) 2

2 2 2

2 2

2

2 2 2

2 2

2

2 2 2

2 2

2.1.2 Sự lan truyền sóng trong bán không gian đàn hồi

Đối với vật thể bá ô g g a đ ồi trên m t tự do gười ta còn phát hiện ra hai loạ só g Tùy t eo p ươ g c uyể động của các hạt, ta có sóng m t Rayleigh ho c sóng Love Các sóng này giảm đ rất nhanh theo chiều sâu Tốc độ lan truyền sóng bé

ơ só g ga g Hao tá ă g ượng xảy ra chậm ơ só g dọc Sự khác nhau giữa hai loại sóng trên là ở chổ, sóng Rayleigh, các hạt chuyể động vuông góc vớ ướng

lan truyề só g, ướng vuông góc với m t tự do, tươ g tự sóng hấp dẫn trên m t chất lỏng Còn các hạt só g Love cũ g c uyể động vuông góc vớ p ươ g truyền

só g ư g ại song song với m t tự do Só g y t ường xuất hiện ở các lớp mà một

m t tiếp xúc với bán không gian có mật độ khác không, còn m t kia là bán không gian

co ư ô g có ố ượng (ví dụ lớp đệm trên m t đất)

Nghiên cứu sóng m t có g ĩa rất lớn trong thực tế, nhất là khi tính toán các công trình trên m t đất Sóng dọc, sóng ngang truyền từ tru g t m c động, t ì cườ g độ giảm đ rất a , tro g đó só g m t lan truyền theo m t đất rất xa Các công trình

ở xa tâm chấ động thực chất chịu ả ưởng của sóng m t Các nguồn kích thích dao động công nghiệp ho c giao thông do sóng m t mà ả ưở g đến các vùng lân cận là

đá g ể

2.1.3 Sự phụ thuộc c a biên độ c a sóng mặt Rayleigh vào khoảng cách

Giả thuyết r ng nguồ só g p át ra só g đ ều hòa theo thời gian, chúng ta sẽ đ

giả p ươ g trì (2-9) và (2-10) với

W0

x r  y r  zz

    (2-21) Tro g đó A, B v là các h ng số đề xuất

Sử dụ g đ ều kiện biên (2-19) và (2-20) ta có được

Tro g đó m F( ) được xác định bởi (2-13)

Thành phần chuyển vị trên nề đất (tạ y=0) tươ g ứng (2-21) và (2-22) ư sau

( )( )

Tr đ y công thức xác đị b độ dao động trên bề m t nề đất dựa trên lực

đơ tác dụ g t eo p ươ g t ẳ g đứ g Để áp dụng cho các lực, hệ lực khác nhau cần

có các đ ều kiện biên khác nhau phù hợp để giải quyết vấ đề của bài toán

2.1.4 Tốc độ truyền sóng

Tốc độ lan truyền sóng dọc (P) v só g ga g (S) tro g mô trường không gian

bá đ ồ được xác định thông qua công thức:

2

L P

Sóng P và S xuất phát từ giả thiết tro g mô trường vô hạn đ ồi Trong một

mô trườ g ác mô trường hữu hạn bán không gian, sóng Rayleigh xuất hiện tại

m t phân chia giữa a mô trường, có chuyể độ g ì e p Các só g Ray e g ơ chậm ơ so với sóng cắt và có mối quan hệ tốc độ sóng phụ thuộc vào tỷ số Poisson; xem Bảng 3.2 Sự khác biệt về tốc độ só g tă g dần với sự g a tă g tỷ lệ Poisson Tốc

độ sóng của sóng Rayleigh, cR, có thể được xác đị tr cơ sở sau

V  V    V    (2-31) tro g đó V = cR/cS v α có t ể được tìm thấy trong Bảng 3.1

Bảng 2.2 Quan hệ tốc độ sóng Rayleigh và sóng ngang V = cR/cS

2.1.5 Động lực học kết cấu công trình

Nếu một hệ kết cấu được kích thích bởi một tải trọng với tần số gần với tần số

r g, t ì b độ của ru g độ g tă g rất đá g ể, hiệ tượ g y được gọi là hiện tượng cộ g ưởng M c dù nếu có hệ thống giảm chấn nào trong cấu trúc, b độ cuối cùng sẽ trở nên vô hạn, tuy nhiên, yếu tố giảm chấn luôn có m t trong bất kỳ cấu trúc nào (vấ đề này sẽ được đề cập trong phầ sau) B độ dao động của phần tử thể hiện từ trạng thái ổ đị đế dao độ g đ ều hoà của một hệ kết cấu không bị suy giảm

có thể được viết ư

2 2

u b

MuCuKu f (2-34) tro g đó M ma trận khố ượng, C ma trận phân tố giảm chấn, K ma trậ độ cứng, f vector lực và u vector chuyển vị Tải trọ g v độ dịch chuyể tươ g ứng có thể được biểu diễn b g các m đ ều hòa phức tạp

D  u f (2-37) tro g đó D ma trậ độ cứ g động phụ thuộc tần số, có thể được biểu diễn b ng

D    M i C K (2-38)

2.1.6 Yếu tố giảm chấn động

Sự tắt dần có tác dụ g đị ướng sự suy giảm mức độ rung chấn trong kết cấu,

nó luôn luôn tồn tại và phát sinh từ nguồ ru g ư vật liệu giảm chấn bên trong và

sự ma sát xảy ra trong bản thân vật liệu giảm chấ Nó được thể hiện thông qua sự ứng

xử của bề m t kết cấu có tác động của ngoại lực rung chấ Để dao động tắt dần hiệu quả bao gồm cả trong tính toán, nó cầ được xác đị tr cơ sỡ những dữ liệu quan trắc t u được của những kết cấu tươ g đươ g, t c ất giảm chấn của bản thân vật liệu không thể được tính toán một cách chính xác

Về hệ số độc lập tuyế t được giới thiệu bên, yếu tố mất mát có nguồn gốc từ

sự suy giảm trong lan truyền sóng chấ độ g được phân tích ở trạng thái ổn định, hệ số suy giảm y được đị g ĩa ư sau

12

D So

E E

D

E  c u (2-40)

tro g đó, c ng số giảm chấn, u0 b độ chuyể động và

c k



  (2-42)

Tổ g quát p ươ trì (2-42), ta có thể được viết ư sau

K  C (2-43) Thế p ươ g trì (2-43) vào (2-38) được kết quả là

và bởi yếu tố độ cứng tạ ơ có tần số cao M c dù việc y ô g có cơ sở vật cơ

Trong sóng m t Ray e g dao động tắt dần, hệ số tắt dần,  được sử dụ g để mô

tả hiệu ứng tắt dần Hệ số tắt dầ đơ vị không thứ nguyên và là t lệ của h ng số tắt dần c, hệ số tắt dần giới hạn ccr được trình bày ở p ươ g trì sau

cr

c c

  (2-47)

tro g đó ccr = 2mn

Trong xây dựng, hệ số tắt dầ t ường thấp ơ 1, ó có g ĩa ệ thố g được tắt dần chậm Nếu hệ số tắt dần b ng 1 thì hệ thống bị ru g động ở trạng thái nguy hiểm, khi hệ số lớ ơ 1 t ì ệ thống không còn sự tắt dần Các hệ số a0 và a1 có thể viết ư sau

tro g đó i và j xác định tần số bên trong hệ số tắt dần là có tồn tại

Quan hệ giữa dao động tắt tần trong kết cấu và sự tắt dần của sóng m t Rayleigh có thể được làm sáng tỏ trong phần tích ở trạng thái ổ đị ư sau

1

22

D

E E

N ư đã đề cập ở phầ trước, nếu tần số tồn tại trong hệ thống không tắt dần thì

ó được xem tươ g đươ g với hệ thống có tần số dao động riêng, vậy t ì b độ thu được sẽ không có giới hạn (2-52) Khi sự tắt dầ uô được tồn tạ , b độ t u được sẽ không bao giờ vô hạn Khi sự tắt dầ được xem xét trong tiêu chuẩn về hệ số mất mát,

p ươ g trì (2-52) có thể được viết ư sau

2

1( )

1 ( / n)

f u

2.1.7 Sự suy giảm biên độ sóng

Khi thực nghiệm thí nghiệm này, những nhà khoa học đầu t đã sử dụng mô hình thực tế gồm một thiết bị ru g đ t trên nề đất và các cảm biế đó b độ ru g đ t theo từng khoả g các ác au v tă g dần

Ba đầu, họ xác định sự phụ thuộc b độ sóng vào khoả g các v ó được thể hiện mối quan hệ vớ au ư p ươ g trì b dưới

0 0

- Ar b độ dao độ g tươ g ứng khoảng cách r

- A0 b độ dao độ g tươ g ứng khoảng cách r0

Khi thực nghiệm trên nhiểu nề đất khác nhau, các nhà khoa học đã p át ện ra ược đ ểm của p ươ g trì (2-54) và cho r ng, sự giảm b độ của sóng không ch phụ thuộc vào khoả g các v ă g ượng của nó, mà nó còn phụ thuộc vào môi trường truyề só g, đ y yếu tố then chốt cho việc đá g á tác động thực tế của sóng chấ độ g, v ó được thể hiệ tro g p ươ g trì

0

( ) 0

0

r r r

Sự suy giảm vận tốc lớn nhất c a chất điểm

Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu chấ động trong thi công công trình, các nhà khoa học ư W ss, Attewe ay Farmer đã có ững nghiên cứu đầu tiên về sự

ả ưở g y, do đưa ra b độ sóng không ch phụ thuộc vào khoảng cách,

ă g ượ g só g v mô trường truyền sóng, nó còn phụ thuộc v o đ c tính tạo chấn động của nguồn gây chấ động Từ ă g ượng lớn nhất, tần số, chu kỳ và thời gian xảy ra của xu g dao độ g cưỡng bức ả ưởng rất nhiều để tính chất sóng do nguồn tạo ra, do đó, các oa ọc đã t ực nghiệm trên rất nhiều mô ì để tính toán và cho ra các công thức thể hiệ được tổng quát, bao hàm hết các yếu tố đó

Theo kinh nghiệm của các nhà khoa học cho thấy r ng, giá trị vận tốc lớn nhất của chất đ ểm đá g á sự phá hoạ c xác ơ so vớ b độ dao động lớn nhất và gia tốc lớn nhất so sá tươ g qua c ú g với nhau Do vậy, khi thực nghiệm kiểm chứ g tác động của sóng m t Ray e g , t ô g t ường sẽ xác định giá trị vận tốc lớn nhất của chất đ ểm tại nhiều vị tr đo v dự báo quy luật rung chấn trong nề đất

trên nhiều mô hình khác nhau mà họ đề xuất

2.3 Vận tốc lớn nhất của chất điểm

P ươ g p áp đá g á sự suy giảm b độ vận tốc được xác định thông qua việc ghi nhận ít nhất 3 giá trị b độ sóng tạ 3 đ ểm có sự tă g dần về khoảng cách, phi tuyế đ qua 3 g á trị lớn nhất đó được xem là sự suy giảm về b độ dao động trong

lan truyền sóng

Hình 2.4 Sự suy giảm vận tốc lớn nhất của chất điểm

Khi tiến hành thực nghiệm cùng với việc xác đị đ ều kiện biên phù hợp áp

dụ g v o p ươ g trì , các oa ọc đã đề xuất dạ g p ươ g trì xét đến sự ảnh ưởng của sóng m t Ray e g đến các công trình lân cậ ư sau:

W = Nă g ượng nguồn

r = Khoảng cách từ đ ểm đa g xét đến nguồn rung

k = H ng số tỷ lệ xác định từ thực nghiệm

x = Ch số xác định từ thực nghiệm

Các giá trị W, k và x sẽ phụ thuộc vào mô hình lựa chọ để t toá , đ ều kiện khác nhau về địa chất, về ă g ượng nguồn gây rung sẽ cho các giá trị h ng số thực nghiệm ác au Ha mô ì t toá tác động của sóng m t Ray e g đến các công trình trên m t đất sẽ được giới thiệu tro g c ươ g II

2.1.8 Cơ cấu giảm chấn

Một số t ay đổi khác nhau của các cấu trúc liên quan và m t đất có thể được thực hiệ để giảm ru g động trong một tòa được gây ra bởi sự rung chấn do những tác nhân rung chấn do máy móc thiết bị t cô g g y ra Persso đã p át ện r g, đối với một tòa đ c biệt, khi áp dụng tải trọ g đ ều hòa, nhữ g t ay đổi của đất có ảnh ưởng lớ ơ đến mức ru g độ g đã xảy ra so với những thay đổi kết cấu Theo Persso , gười ta thấy r ng các thông số của đất cũ g có ả ưởng lớn khi tải trọng kích thích tạo nguồn rung

Một cách tiếp cậ để t ay đổi các tham số m t đất là ổ định nề đất b dưới thông qua việc g a tă g độ cứng của đất, nh m thay đổi các tính chất địa kỹ thuật của nền móng Công nghệ trộn các loại chất kết dính vớ đất, được phát triển ở Thụy Đ ển

và Nhật Bản trong nhữ g ăm 1970, p ươ g p áp t ườ g được sử dụ g để cải thiện

đất mềm ở các công trình xây dự g đườ g sá v đường sắt cũ g ư cô g tác ền móng cho các tòa nhà Có nhiều loại chất kết dính có thể được sử dụng cho mục đ c

y, đơ ẻ ho c kết hợp vớ au, ư x mă g, vô , x lò cao và tro bay, và hai loại đầu t được sử dụng nhiều nhất Mục đ c cơ bả tă g mô đu đ ồi của đất thông qua thêm một ượng chất kết dính thích hợp (mô đu đ ồi của đất ổ định phụ thuộc vào số ượng và loại chất kết dính)

Một cách tiếp cận khác có thể thực hiệ được là phản xạ sóng m t đất b ng cách

đ t một rãnh phù hợp trong ò g đất giữa nguồn sóng và diệ t c ơ m mức độ rung động sẽ giảm Đị ì để tạo ra một địa ì ô g đều của m t đất bao gồm các ngọ đồ v t u g ũ g p tá các só g bề m t sự cố để có thể làm giảm mức rung

độ g P ươ g p áp y v p ươ g p áp ác để giảm mức ru g động nh m tránh các

sự cố xảy ra tro g ĩ vực quan trọ g g đầu

a) Hào cách chấn

Hình 2.5 Ứng xử của sóng mặt Rayleigh khi có hào cách chấn

Hầu hết ă g ượ g ru g động bắt nguồn từ sự kích thích của m t đất được thực hiện bởi các sóng bề m t Rayleigh lan truyền gần m t đất Vì những sóng này giảm đ t eo oảng cách ngang với nguồn và với chiều s u tro g ò g đất, làm giảm mức độ ru g động của m t đất xảy ra b g các đ t một rào chắn sóng phù hợp trong

ò g đất giữa nguồn sóng và các thiết bị cầ được bảo vệ Việc lắp đ t một cái rãnh tro g ò g đất ư một hàng rào sóng giữa nguồ ru g động và khu vực có độ rung giảm, tạo ra sự g á đoạn cho các sóng lan truyền Chúng có thể được chia thành 5 nhóm riêng biệt (hình 4.1): (1) Các sóng Rayleigh phản xạ gược lại bở đường rãnh, (2) Các sóng Rayleigh truyề qua rã , (3) các só g cơ t ể từ rãnh truyền xuống và gược về phía nguồn sóng, (4) các sóng rãnh phát ra từ nguồn sóng và (5) sóng truyền qua đất và lớp đá dưới rãnh Các ru g độ g đất sau khi ranh giớ đã được quan trắc thông qua sóng Rayleigh (2), sóng truyền tới bên phải của rãnh (4) và bởi các sóng truyề tro g đất và lớp đá dưới rãnh (5)

b) Chất tải trọng

Việc chất tải trọng n ng giữa nguồ ru g v đ ểm mong muốn giảm dao động do sóng Rayleigh là một trong những biệ p áp m t ay đổi modul nề đất, hấp thụ ă g ượng sóng dẫ đến sự tắt dần của sóng bề m t tắt dầ a ơ N ững khối bê tông đối trọng trong thí nghiệm é tĩ ưu t c o ữ g ơ áp dụng biện pháp này, trọ g ượng tải trọng bao nhiêu sẽ quyết định phần lớ ă g ượng sẽ hấp thụ

c) Thay đổi hình dạng bề mặt

Xây dựng những hình dạng về về m t ư một trở ngại sóng n m giữa nguồn

ru g động và các công trình cần bảo vệ Sóng xảy ra với hình dạng bề m t cho thấy sự ứng xử ác au qua đến sự t ay đổ t eo ướng của sóng truyền Các sóng này phải chịu sự phản xạ và nhiễu xạ tại m t đất, hiệ tượng này tán xạ m t trước của sóng

và làm giảm mức độ ru g động và sự tắt dần diễ ra a ơ , bảo vệ các công trình lân cận

Tạ các cô g trường xây dựng lớn, số ượ g đá g ể đất được t cô g để nâng cấp m t đất Đ ều này là cần thiết vì, nói chung, bề m t cần phải n m ga g trước khi xây dựng tòa nhà bắt đầu được xây dựng, lớp đất yếu cầ được tháo gỡ Nếu thay vào

đó các ố đất này có thể phục vụ cho mục đ c ữu ích tại công trình, chúng có thể được giữ lạ v được sử dụ g để xây dựng một cảnh quan có hình dạng với những ngọ đồ v t u g ũ g o c bất cứ đ ều gì đ c trư g Cảnh quan xung quanh công trình có hình dạng có thể làm giảm sự ru g động trên nề đất v cũ g có t ể được xem

đ y một trong những giải pháp về m t thẩm mỹ và mang tính chất lâu dài, bền vững

2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn

2.2.1 Bài toán phần tử hữu hạn

Là một trong nhữ g p ươ g p áp tổng quát nhất để xây dựng mô hình số của mô hình toán học Về m t vật , p ươ g p áp p ần tử hữu hạn chia không gian liên tục của kết cấu thành một tập hợp hữu hạn các phần tử (miền nhỏ) có tính chất hình học và

cơ ọc đơ g ả ơ ết cấu toàn thể Các phần tử liên kết với nhau tạ các đ ểm nút Tươ g tự p ươ g p áp c uyển vị, tro g p ươ g p áp p ần tử hữu hạ , đ ều kiệ tươ g thích về chuyển vị hay biến dạng của kết cấu ch được thỏa mãn tại các nút Thông

t ường, ẩ cơ bản của p ươ g pháp phần tử hữu hạn là chuyển vị của các nút

Sau xác đị được ma trân chuyển vị nút, chuyển vị tại một đ ểm bất kỳ trong phần tử được xác định dựa tr các “ m dạ g” mô tả quan hệ chuyển vị của một đ ểm bất kỳ với các chuyển vị nút

Trong phần này, p ươ g p áp PTHH sẽ được mô tả trong việc áp dụ g p ươ g trì động học đ ồi tuyế t , p ươ g trì v p được đưa ra ư sau: