Phân tích động lực học công trình chịu tải trọng động đất sử dụng hệ cô lập móng trượt phục hồi thông minh (srsbis)

Còn dây SMA trong SRSBIS có tác dụng tạo ra một độ cứng ngang cần thiết cho cả hệ, giúp hệ kiểm soát được chuyển vị tối đa của công trình ở một mức độ cô lập nhất định cũng như giúp công

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LÊ HẢI ĐĂNG

PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT SỬ DỤNG HỆ CÔ LẬP MÓNG TRƯỢT

PHỤC HỒI THÔNG MINH (SRSBIS)

Chuyên ngành : Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số ngành : 60 58 20

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HCM, 12 - 2014

Trang 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Trang 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 29/12/1989 Nơi sinh: Cà Mau

Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 605820

I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích động lực học kết cấu công trình chịu tải trọng động đất sử dụng hệ cô lập móng trượt phục hồi thông minh (SRSBIS)

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

1 Thiết lập các phương trình động học cho hệ SRSBIS chịu tải trọng động đất

2 Lập trình tính toán bằng chương trình Mathlab để giải các ví dụ số cụ thể, với các thông số của kết cấu và hệ cô lập đã được xác định trước

3 Khảo sát sự thay đổi ứng xử của kết cấu được cô lập móng với SRSBIS khi thay đổi các thông số của hệ cô lập SRSBIS

4 So sánh ứng xử kết cấu của hệ được cô lập bằng SRSBIS với hệ được cô lập bằng mặt lõm ma sát (FPS) khi chúng có cùng các thông số thiết kế, từ đó rút ra các kết luận và đánh giá mức độ hiệu quả của hệ cô lập móng SRSBIS

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 18/08/2014

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 07/12/2014

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Lương Văn Hải

TP HCM, ngày tháng năm 201

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS Lương Văn Hải

BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS Lương Văn Hải Thầy đã hướng dẫn giúp tôi hình thành nên ý tưởng của đề tài, hướng dẫn tôi các phương pháp tiếp cận nghiên cứu Thầy cũng đã có nhiều ý kiến đóng góp quý báu và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt chặng đường thực hiện luận văn vừa qua

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt khóa học Cao học vừa qua

Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nỗ lực trong nghiên cứu và hoàn thành luận văn này, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót nhất định Vì thế kính mong quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm để tôi bổ sung và hoàn thiện luận văn này một cách tốt nhất

có thể và từ đó tích lũy những kinh nghiệm quý báu cho bản thân

Xin trân trọng cảm ơn quý Thầy Cô

TP HCM, ngày tháng năm 201

Lê Hải Đăng

Trang 5

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hệ cô lập móng (Base Isolation System – BIS) hay còn gọi là hệ cách chấn đáy, là một thiết bị vô cùng quan trọng đối với các công trình ở những vùng thường xuyên xảy ra động đất Bởi hiệu quả của BIS đã được chứng minh qua các công trình nghiên cứu và ứng dụng của BIS trong các công trình thực tế Hệ cô lập móng trượt phục hồi thông minh (Smart Restorable Sliding Base Isolation System – SRSBIS) là một loại hệ cô lập móng trong số các loại hệ cô lập móng đã được biết đến nhưng đây là hệ còn khá mới mẻ, chỉ vừa mới được đề xuất và nghiên cứu phát triển trong những năm gần đây SRSBIS làm việc thông qua sự kết hợp của gối trượt phẳng ma sát (Flat Sliding Bearing – FSB) và dây được làm bằng hợp kim nhớ hình dạng (Shape Memory Alloy – SMA) Trong đó FSB có tác dụng chịu toàn bộ tải trọng đứng do trọng lượng của công trình bên trên gây ra, ngoài ra FSB sẽ cho phép công trình bên trên trượt trên mặt trượt của gối để làm giảm ảnh hưởng của động đất tác động lên kết cấu công trình và lực ma sát do sự trượt tại gối sẽ tiêu tán một phần năng lượng của động đất Còn dây SMA trong SRSBIS có tác dụng tạo ra một độ cứng ngang cần thiết cho cả hệ, giúp hệ kiểm soát được chuyển vị tối đa của công trình ở một mức độ cô lập nhất định cũng như giúp công trình phục hồi lại vị trí ban đầu sau khi động đất kết thúc Các khảo sát được thực hiện trong Luận văn này bao gồm khảo sát ứng xử của các công trình khác nhau được trang bị SRSBIS, trong đó các thông số thiết kế của SRSBIS cũng được thay đổi để xem xét ảnh hưởng của các thông số đó lên ứng xử của công trình Sau cùng tiến hành so sánh hiệu quả làm việc của SRSBIS và hệ cô lập mặt lõm ma sát (Friction Pendulum System – FPS) khi cả hai hệ lần lượt được trang bị cho cùng một công trình với các thông số thiết

kế của hai hệ cô lập là giống nhau Từ các kết quả khảo sát có được tác giả nhận thấy rằng SRSBIS là một hệ cô lập móng có hiệu quả trong việc giảm tác động do các trận động đất gây ra cho công trình và có thể ứng dụng được trong thực tế để bảo vệ các công trình ở những khu vực thường xuyên xảy ra động đất

Trang 6

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy TS Lương Văn Hải

Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác

Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình

TP HCM, ngày tháng năm 201

Lê Hải Đăng

Trang 7

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ 1

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii

LỜI CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xii

MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT xiii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 16

1.1 Đặt vấn đề 16

1.2 Các loại gối cô lập 19

1.3 Tình hình nghiên cứu 21

1.3.1 Các công trình nghiên cứu trong nước 21

1.3.2 Các công trình nghiên cứu trên thế giới 22

1.4 Mục tiêu và hướng nghiên cứu 27

1.5 Luận văn 28

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ HỆ SRSBIS 29

2.1 Hệ SRSBIS 29

2.2 Gối trượt phẳng (FSB) 31

2.3 Hợp kim nhớ hình dạng (SMA) 31

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 36

3.1 Các giả định trong mô hình tính toán 36

3.2 Phương trình động học của hệ ngàm cứng ở móng 37

3.3 Phương trình động học của hệ có cô lập móng dạng tổng quát 38

3.3.1 Hệ 1 bậc tự do (SDOF) 38

3.3.2 Hệ nhiều bậc tự do (MDOF) 39

3.4 Thiết kế sơ bộ SRSBIS 43

Trang 8

3.5 Phương pháp Newmark 44

3.6 Các bước tính toán bằng phương pháp Newmark trong Luận văn 46

3.6.1 Công trình ngàm cứng ở móng 47

3.6.2 Công trình được cô lập móng với FPS 47

3.6.3 Công trình được cô lập móng với SRSBIS 48

3.7 Lập trình và lưu đồ tính toán 48

CHƯƠNG 4 CÁC VÍ DỤ SỐ 51

4.1 Kiểm tra ứng xử của các công trình có trang bị hệ cô lập móng SRSBIS với các thông số thiết kế của hệ cô lập khác nhau 53

4.1.1 Bài toán 1: Công trình 1 tầng 54

4.2 Bài toán so sánh: So sánh hiệu quả của SRSBIS và FPS 85

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108

5.1 Kết luận 108

5.2 Kiến nghị 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

PHỤ LỤC 116

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 129

Trang 9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Trận động đất ở Tứ Xuyên (2008) 16

Hình 1.2 Trận động đất ở Haiti (2010) 17

Hình 1.3 Trận động đất ở Northridge (1994) 17

Hình 1.4 Trận động đất ở Kobe (1995) 18

Hình 1.5 Trận động đất ở Chuetsu (2004) 18

Hình 1.6 Ứng xử của công trình bình thường (a) và có cô lập móng (b) 19

Hình 1.7 Gối cao su tự nhiên hay nhân tạo cản thấp (LDNRB) 20

Hình 1.8 Gối cao su lõi chì (LRB) 20

Hình 1.9 Gối mặt lõm ma sát (FPS) 21

Hình 1.10 Gối trượt phẳng (FSB) 21

Hình 1.11 Gối trượt phẳng (FSB) làm việc kết hợp với gối cao su tự nhiên cản cao (HDNRB) trong công trình thực tế 23

Hình 1.12 Hệ cô lập móng được đề xuất bởi Choi et al (2006) [3] 23

Hình 1.13 Hệ cô lập móng được đề xuất bởi Shook et al (2008) [4] 24

Hình 1.14 Hệ cô lập móng được đề xuất bởi Dezfuli và Alam (2013) [5] 24

Hình 1.15 Hệ cô lập móng được đề xuất bởi Casciati et al (2007) [6] 25

Hình 1.16 Hệ cô lập móng được đề xuất bởi Xue và Li (2007) [7] 25

Hình 1.17 Hệ cô lập móng được đề xuất bởi Attanasi và Auricchio (2011) [8] 26

Hình 2.1 Hệ SRSBIS khi được trang bị cho công trình 29

Hình 2.2 Các thành phần của SRSBIS-v đơn vị 30

Hình 2.3 Biểu đồ thể hiện đặc tính siêu đàn hồi và nhớ hình dạng của hợp kim nhớ hình dạng (Rofooei et al., 2011 [17]) 34

Hình 2.4 Các trạng thái biến đổi của hợp kim nhớ hình dạng theo nhiệt độ 34

Hình 2.5 Hình dạng của tinh thể trong quá trình biến đổi (a), (b), (c) và một thực nghiệm về khả năng ghi nhớ hình dạng (d) của hợp kim nhớ hình dạng 35

Hình 3.1 Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của hệ số ma sát  vào vận tốc trượt 36

Trang 10

Hình 3.2 Mô hình hệ một bậc tự do (SDOF) có cô lập móng 38

Hình 3.3 Mô hình hệ nhiều bậc tự do (MDOF) được cô lập móng 39

Hình 3.4 Giá trị của hàm dấu 42

Hình 3.5 Biến dạng của dây nhớ hình dạng và các thành phần lực tương ứng 43

Hình 3.6 Lưu đồ tính toán cho công trình bị ngàm cứng ở móng 49

Hình 3.7 Lưu đồ tính toán cho công trình được cô lập móng với SRSBIS 50

Hình 4.1 Biểu đồ gia tốc nền của trận Elcentro (1940) 52

Hình 4.2 Biểu đồ gia tốc nền của trận Northridge (1994) 52

Hình 4.3 Biểu đồ gia tốc nền của trận Kobe (1995) 53

Hình 4.4 Biểu đồ gia tốc nền của trận Hachinohe (1968) 53

Hình 4.5 Mô hình công trình 1 tầng được trang bị SRSBIS 54

Hình 4.6 Đáp ứng chuyển vị, gia tốc của công trình 1 tầng ứng với trận Elcentro 55

Hình 4.7 Đáp ứng chuyển vị, gia tốc của công trình 1 tầng ứng với trận Northridge 55

Hình 4.8 Đáp ứng chuyển vị, gia tốc của công trình 1 tầng ứng với trận Kobe 56

Hình 4.9 Đáp ứng chuyển vị, gia tốc của công trình 1 tầng ứng với trận Hachinohe 56

Hình 4.10 Mô hình công trình 3 tầng được trang bị SRSBIS 58

Hình 4.11 Đáp ứng chuyển vị (a) và gia tốc (b) của công trình 3 tầng chịu trận động đất Elcentro 61

Hình 4.12 Sự thay đổi gia tốc ở các tầng theo tỉ số lực r p (a), theo hệ số ma sát  (b) của công trình 3 tầng chịu trận động đất Elcentro 61

Hình 4.13 Đáp ứng chuyển vị (a) và gia tốc (b) của công trình 3 tầng chịu trận động đất Northridge 62

Hình 4.14 Sự thay đổi chuyển vị (a), gia tốc (b) ở các tầng theo r p của công trình 3 tầng chịu trận động đất Northridge 63

Hình 4.15 Sự thay đổi chuyển vị (a), gia tốc (b) ở các tầng theo hệ số ma sát  của công trình 3 tầng chịu trận động đất Northridge 63

Trang 11

Hình 4.16 Đáp ứng chuyển vị (a) và gia tốc (b) của công trình 3 tầng chịu

trận động đất Kobe 64Hình 4.17 Sự thay đổi chuyển vị (a), gia tốc (b) ở các tầng theo r p của công

trình 3 tầng chịu trận động đất Kobe 64Hình 4.18 Sự thay đổi chuyển vị (a), gia tốc (b) ở các tầng theo hệ số ma sát

 của công trình 3 tầng chịu trận động đất Kobe 65Hình 4.19 Đáp ứng chuyển vị (a) và gia tốc (b) của công trình 3 tầng chịu

trận động đất Hachinohe 65Hình 4.20 Sự thay đổi chuyển vị (a), gia tốc (b) ở các tầng theo r p của công

trình 3 tầng chịu trận động đất Hachinohe 66Hình 4.21 Sự thay đổi chuyển vị (a), gia tốc (b) ở các tầng theo hệ số ma sát

 của công trình 3 tầng chịu trận động đất Hachinohe 66Hình 4.22 Độ trôi dạt tầng ứng với các trường hợp khi thay đổi r p (a) và thay

đổi  (b) của công trình 3 tầng chịu trận động đất Elcentro 67Hình 4.23 Độ trôi dạt tầng ứng với các trường hợp khi thay đổi r p (a) và thay

đổi  (b) của công trình 3 tầng chịu trận động đất Northridge 67Hình 4.24 Độ trôi dạt tầng ứng với các trường hợp khi thay đổi r p (a) và thay

đổi  (b) của công trình 3 tầng chịu trận động đất Kobe 68Hình 4.25 Độ trôi dạt tầng ứng với các trường hợp khi thay đổi r p (a) và thay

đổi  (b) của công trình 3 tầng chịu trận động đất Hachinohe 68Hình 4.26 Mô hình công trình 5 tầng được trang bị SRSBIS 69Hình 4.27 Đáp ứng chuyển vị (a) và gia tốc (b) của công trình 5 tầng chịu

trận động đất Elcentro 72Hình 4.28 Sự thay đổi chuyển vị (a), gia tốc (b) ở các tầng theo hệ số ma sát

 của công trình 5 tầng chịu trận động đất Elcentro 73Hình 4.29 Đáp ứng chuyển vị (a) và gia tốc (b) của công trình 5 tầng chịu

trận động đất Northridge 73Hình 4.30 Sự thay đổi gia tốc ở các tầng theo r p (a), theo  (b) của công trình

5 tầng chịu trận động đất Northridge 74

Trang 12

Hình 4.31 Đáp ứng chuyển vị (a) và gia tốc (b) của công trình 5 tầng chịu

trận động đất Kobe 74Hình 4.32 Đáp ứng chuyển vị (a) và gia tốc (b) của công trình 5 tầng chịu

trận động đất Hachinohe 75Hình 4.33 Độ trôi dạt tầng ứng với các trường hợp khi thay đổi r p (a) và thay

đổi  (b) của công trình 5 tầng chịu trận động đất Hachinohe 77Hình 4.37 Mô hình công trình 10 tầng được trang bị SRSBIS 78Hình 4.38 Đáp ứng chuyển vị (a) và gia tốc (b) của công trình 10 tầng chịu

trận động đất Elcentro 81Hình 4.39 Đáp ứng chuyển vị (a) và gia tốc (b) của công trình 10 tầng chịu

trận động đất Northridge 81Hình 4.40 Đáp ứng chuyển vị (a) và gia tốc (b) của công trình 10 tầng chịu

trận động đất Kobe 82Hình 4.41 Đáp ứng chuyển vị (a) và gia tốc (b) của công trình 10 tầng chịu

trận động đất Hachinohe 83Hình 4.42 Độ trôi dạt tầng ứng với các trường hợp khi thay đổi r p (a) và thay

đổi  (b) của công trình 10 tầng chịu trận động đất Hachinohe 84

Trang 13

Hình 4.46 Đáp ứng lực cắt đáy max (a), độ trôi dạt tầng max (b), chuyển vị

tầng base max (c) của công trình chịu trận động đất Elcentro ứng với hệ số ma sát 0.02 86Hình 4.47 Đáp ứng lực cắt đáy max (a), độ trôi dạt tầng max (b), chuyển vị

tầng base max (c) của công trình chịu trận động đất Northridge ứng với hệ số ma sát 0.02 92Hình 4.52 Đáp ứng lực cắt đáy max (a), độ trôi dạt tầng max (b), chuyển vị

tầng base max (c) của công trình chịu trận động đất Northridge ứng với hệ số ma sát 0.06 96

Trang 14

Hình 4.56 Đáp ứng lực cắt đáy max (a), độ trôi dạt tầng max (b), chuyển vị

tầng base max (c) của công trình chịu trận động đất Kobe ứng với

hệ số ma sát 0.02 97Hình 4.57 Đáp ứng lực cắt đáy max (a), độ trôi dạt tầng max (b), chuyển vị

tầng base max (c) của công trình chịu trận động đất Hachinohe ứng với hệ số ma sát 0.02 103Hình 4.62 Đáp ứng lực cắt đáy max (a), độ trôi dạt tầng max (b), chuyển vị

tầng base max (c) của công trình chịu trận động đất Hachinohe ứng với hệ số ma sát 0.06 107

Trang 15

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thành phần hóa học và nhiệt độ biến đổi của một số hợp kim nhớ

hình dạng (Alam, 2007 [10]) 32

Bảng 2.2 Các thông số cơ bản của một số loại hợp kim nhớ hình dạng (Dezfuli et al., 2013 [11]) 33

Bảng 4.1 Các trận động đất sử dụng trong các ví dụ số 52

Bảng 4.2 Tóm tắt các thông số Bài toán 1 54

Bảng 4.3 Kết quả đáp ứng của công trình 1 tầng 57

Bảng 4.5 Độ giảm (%) đáp ứng của công trình 3 tầng khi thay đổi tỉ số lực r p 59

Bảng 4.6 Độ giảm (%) đáp ứng của công trình 3 tầng khi thay đổi hệ số ma sát  59

Bảng 4.7 Độ giảm (%) độ trôi dạt tầng max của công trình 3 tầng khi thay đổi hệ số ma sát  69

Bảng 4.9 Độ giảm (%) đáp ứng của công trình 5 tầng khi thay đổi tỉ số lực r p 70

Bảng 4.10 Độ giảm đáp ứng của công trình 5 tầng khi thay đổi hệ số ma sát  71

Bảng 4.11 Độ giảm (%) trôi dạt tầng max của công trình 5 tầng khi thay đổi hệ số ma sát  78

Bảng 4.13 Độ giảm (%) đáp ứng của công trình 10 tầng khi thay đổi tỉ số lực p r 79

Bảng 4.14 Độ giảm (%) đáp ứng của công trình 10 tầng khi thay đổi hệ số ma sát  80

Bảng 4.15 Độ giảm (%) trôi dạt tầng max của công trình 10 tầng khi thay đổi hệ số ma sát  85

Trang 16

MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

SRSBIS Hệ cô lập móng trượt phụ hồi thông minh (Smart Restorable Sliding

Base Isolation System) FSB Hệ gối trượt phẳng (Flat Sliding Bearing)

SMA Hợp kim nhớ hình dạng (Shape memory Alloy)

FPS Hệ mặt lõm ma sát (Friction Pendulum System)

EB Gối đàn hồi (Elastomeric Bearing)

SB Gối trượt (Sliding Bearing)

LDNRB Gối cao su tự nhiên cản thấp (Low Damping Natural Rubber

Bearing) HDNRB Gối cao su tự nhiên cản cao (High Damping Natural Rubber

Bearing) LRB Gối cao su lõi chì (Lead Rubber Bearing)

VD Cản nhớt (Viscous Damping)

TMD Cản điều khiển khối lượng (Tuned Mass Damper)

TLCD Cản điều khiển cột chất lỏng(Tuned Liquid Column Damper)

BIS Hệ cô lập (Base Isolation System)

PGA Đỉnh gia tốc nền (Peak Ground Acceleration)

FPB Gối mặt lõm ma sát (Friction Pendulum Bearing)

MRD Cản lưu biến từ (Magnetorheological Damper)

PGA Đỉnh gia tốc nền (Peak Ground Acceleration)

SDOF Một bậc tự do (Single Degree of Freedom)

MDOF Nhiều bậc tự do (Multi Degree of Freedom)

IS Hệ cô lập (Isolation System)

BIS Hệ cô lập móng (Base Isolation System)

Trang 17

x Véc tơ gia tốc của kết cấu bị ngàm cứng

M Ma trận khối lượng tổng thể của kết cấu được cô lập móng

C Ma trận cản tổng thể của kết cấu được cô lập móng

K Ma trận độ cứng tổng thể của kết cấu được cô lập móng

x Véc tơ chuyển vị của kết cấu được cô lập móng

x Véc tơ vận tốc của kết cấu được cô lập móng

x Véc tơ gia tốc của kết cấu được cô lập móng

F Véc tơ lực ma sát

M eff Ma trận khối lượng hiệu dụng

P eff Ma trận tải trọng hiệu dụng

K eff Ma trận độ cứng hiệu dụng

Ký hiệu

u Chuyển vị của khối lượng tập trung so với vị trí ban đầu

x Chuyển vị tương đối của khối lượng tập trung so với mặt đất nền b

x Chuyển vị của tầng base

Trang 18

F Lực ma sát max tại gối trượt

L Chiều dài yêu cầu tối thiểu của dây SMA

 Góc hợp bởi dây SMA thiết kế và mặt phẳng nằm ngang

ˆ

 Biến dạng tương đối lớn nhất của dây SMA

 Chuyển vị thiết kế của gối cô lập

K Độ cứng hữu hiệu của hệ cô lập SRSBIS

W Tổng trọng lượng của kết cấu công trình đặt trên hệ cô lập kể cả

base

g Gia tốc trọng trường

ˆ

 Ứng suất lớn nhất trong giới hạn đàn hồi của dây SMA

n Số dây SMA được bố trí trong hệ cô lập

Trang 19

ít nhất 375.000 người bị thương và gây thiệt hại ước tính khoảng 86 tỷ USD; trận động đất ở Haiti xảy ra vào ngày 12/01/2010 (Hình 1.2) đã cướp đi sinh mạng của 230.000 người và còn rất nhiều các trận động đất khác nữa như trận ở Northridge California xảy ra vào năm 1994 (Hình 1.3); trận ở Kobe, Nhật Bản xảy ra vào năm

1995 (Hình 1.4); trận ở Chuetsu, Nhật Bản xảy ra vào năm 2004 (Hình 1.5)

Hình 1.1 Trận động đất ở Tứ Xuyên (2008)

Trang 20

Hình 1.2 Trận động đất ở Haiti (2010)

Hình 1.3 Trận động đất ở Northridge (1994)

Trang 21

Hình 1.4 Trận động đất ở Kobe (1995)

Hình 1.5 Trận động đất ở Chuetsu (2004)

Trang 22

Để giảm thiểu đến mức tối đa thiệt hại do các trận động đất gây ra, các kỹ sư và các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu, đề xuất rất nhiều giải pháp trong đó

có hệ cô lập móng (Base Isolation System – BIS) hay còn gọi là hệ cách chấn đáy

để trang bị cho công trình được thể hiện như Hình 1.6 (b) Nhìn chung thì giải pháp trang bị hệ cô lập móng cho công trình cũng đã đạt được những thành công nhất định, song bên cạnh đó vẫn còn tồn tại một số những khuyết điểm và các mặt hạn chế cần phải khắc phục Điển hình là ứng xử của công trình được trang bị hệ cô lập móng có thể tốt đối với một vài trận động đất nhất định, còn đối với một số trận động đất khác thì không hiệu quả hoặc hiệu quả rất thấp

Những hạn chế như đã nêu ở trên làm thôi thúc tác giả nghiên cứu và thực hiện Luận văn này, với mong muốn đóng góp một phần công sức của mình vào nghiên cứu khoa học để tìm ra những giải pháp bảo vệ công trình một cách tốt nhất, hoàn thiện nhất sao cho những thiệt hại về con người và tài sản là thấp nhất

(a) (b)

Hình 1.6 Ứng xử của công trình bình thường (a) và có cô lập móng (b)

1.2 Các loại gối cô lập

Hệ gối cô lập móng (BIS) ngày càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhiều hơn bởi hiệu quả của BIS đã được chứng minh thông qua các công trình nghiên cứu và ứng dụng trong các công trình thực tế Thay vì tăng sức chịu đựng của kết cấu công trình như cách làm truyền thống thì hệ cô lập móng có nhiệm vụ

Trang 23

làm giảm các tác động do các trận động đất gây ra lên công trình Hệ gối cô lập đƣợc chia thành 2 loại chính đó là gối đàn hồi (Elastomeric Bearing – EB) và gối trƣợt (Sliding Bearing – SB)

 Gối đàn hồi (EB)

- Gối cao su tự nhiên hay nhân tạo cản thấp (Low Daming Natural Rubber Bearing – LDNRB) đƣợc thể hiện ở Hình 1.7

- Gối cao su tự nhiên cản cao (High Damping Natural Rubber Bearing – HDNRB)

- Gối cao su lõi chì (Lead Rubber Bearing – LRB) đƣợc thể hiện ở Hình 1.8

Trang 24

Hình 1.9 Gối mặt lõm ma sát (FPS)

Hình 1.10 Gối trượt phẳng (FSB)

1.3 Tình hình nghiên cứu

1.3.1 Các công trình nghiên cứu trong nước

Tuy nước ta hầu như không chịu nhiều ảnh hưởng của động đất, cũng như chưa

có thiệt hại gì đáng kể do các trận động đất gây ra và ảnh hưởng của động đất đối với công trình chỉ mới được đặc biệt quan tâm trong những năm gần đây khi các dư chấn của động đất xuất hiện ở nước ta ngày càng nhiều Nhưng nước ta cũng đã có một số lượng đáng kể các nghiên cứu về các giải pháp giúp bảo vệ công trình trước các cơn địa chấn do động đất gây ra, tuy nhiên các nghiên cứu chủ yếu là về tăng cường khả năng kháng chấn cho công trình bằng cách gắn thêm các loại hệ cản như cản nhớt (Viscous Damping – VD) vào hệ khung chịu lực của công trình; cản điều chỉnh khối lượng (Tuned Mass Damper – TMD); cản điều khiển cột chất lỏng (Tuned Liquid Column Damper – TLCD);… Còn các nghiên cứu về hệ cô lập móng

Trang 25

(BIS) thì rất ít, điển hình như chỉ có luận văn của Nguyễn Văn Giang – Giảm chấn cho nhà cao tầng bằng hệ cô lập móng (Base Isolation System – BIS), Đại Học Bách Khoa TP HCM, 2002; Phạm Nhân Hòa – Điều khiển kết cấu chịu tải trọng động đất với hệ cản ma sát biến thiên, Đại Học Bách Khoa TP HCM, 2007; Nguyễn Văn Nam – Nghiên cứu giảm chấn cho công trình chịu động đất bằng thiết bị cô lập dao động có mặt lõm ma sát, Đại Học Bách Khoa TP HCM, 2008; Trần Tuấn Long – Dao Động tự do của kết cấu khung nhà nhiều tầng có thiết bị cách chấn HDRB (High damping rubber bearings), Trường Đại Học Xây dựng, 2007…

1.3.2 Các công trình nghiên cứu trên thế giới

Trong số rất nhiều các loại thiết bị cô lập móng đã được nghiên cứu và thử nghiệm như đã nêu ở trên, thì chỉ có một số loại được nghiên cứu sâu và áp dụng cho các công trình trong thực tế như hệ gối cao su lõi chì (LRB), hệ gối mặt lõm ma sát (FPS) Số thiết bị cô lập còn lại thì vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu phát triển hoặc cải tiến khi chúng làm việc kết hợp với các giải pháp cô lập, các giải pháp kháng chấn khác

Hệ gối trượt phẳng (FSB) đã được biết đến từ rất lâu nhưng hầu như là không được sử dụng nếu chỉ có duy nhất hệ FSB làm việc độc lập Nguyên nhân là do hệ FSB có rất nhiều nhược điểm cụ thể là không có khả năng phục hồi lại vị trí cân bằng ban đầu sau khi động đất kết thúc, chuyển vị ngang của công trình đặt trên hệ rất lớn và rất khó kiểm soát Vì những hạn chế đó nên hệ FSB không có hiệu quả khi làm việc độc lập và ít được ứng dụng trong các công trình thực tế hơn so với hệ

cô lập mặt lõm ma sát (FPS) Hệ FSB chỉ được sử dụng trong thực tế khi làm việc kết hợp với các giải pháp cô lập khác nhằm làm tăng khả năng tiêu tán năng lượng cho hệ cô lập, điển hình là FSB làm việc kết hợp với HDNRB (Hình 1.11)

Trang 26

Hình 1.11 Gối trượt phẳng (FSB) làm việc kết hợp với gối cao su tự nhiên cản cao

(HDNRB) trong công trình thực tế Dựa trên những nhược điểm bị hạn chế của hệ FSB đã có một số hệ cô lập mới được đề xuất, bằng cách gắn thêm các thiết bị hỗ trợ để cung cấp một độ cứng ngang cần thiết làm giảm chuyển vị ngang cũng như giúp công trình phục hồi lại vị trí cân bằng ban đầu Trong đó có hệ cô lập móng trượt phục hồi thông minh (SRSBIS) được đề xuất bởi Jalali et al (2011) [2], với cấu tạo của hệ gồm FSB và dây hợp kim có khả năng ghi nhớ hình dạng SMA Đây là một loại hệ cô lập có tiềm năng nhưng còn khá mới mẻ nên chưa có nhiều nghiên cứu ngoài nghiên cứu của tác giả đề xuất

Ngoài SRSBIS ra cũng có một số ý tưởng rất hay đã dựa vào những đặc tính độc đáo của vật liệu SMA để đề xuất một số loại hệ cô lập móng mới, điển hình như Choi et al (2006) [3] đã đề xuất một khái niệm mới về một thiết bị cô lập trong đó các dây SMA được kết hợp để kiểm soát sự bất ổn định và biến dạng không hồi phục lại được trong gối cao su lõi chì (LRB) được thể hiện như ở Hình 1.12

Hình 1.12 Hệ cô lập móng được đề xuất bởi Choi et al (2006) [3]

Trang 27

Shook et al (2008) [4] đã đề xuất một hệ thống cô lập móng hỗn hợp kết hợp giữa gối đàn hồi (EB) tuyến tính, gối mặt lõm ma sát (Friction Pendulum Bearing – FPB), dây hợp kim nhớ hình dạng (SMA) và cản lưu biến từ (Magnetorheological Damper – MRD) được thể hiện như ở Hình 1.13

Hình 1.13 Hệ cô lập móng được đề xuất bởi Shook et al (2008) [4]

Dezfuli và Alam (2013) [5] đã đề xuất hai cấu hình khác nhau cho gối đàn hồi hình thông minh sử dụng các dây SMA Trong hệ đề xuất của họ, các dây SMA liên kết với gối đàn hồi gồm các lớp cao su tự nhiên theo hai dạng đó là dạng thẳng đứng và dạng chéo như thể hiện ở Hình 1.14 Họ dùng các dây SMA như một yếu tố

bổ sung để cải thiện hiệu suất của gối cao su tự nhiên về công suất tiêu tán năng lượng và biến dạng dư tại biên biến dạng cắt lớn

Hình 1.14 Hệ cô lập móng được đề xuất bởi Dezfuli và Alam (2013) [5]

Trang 28

Casciati et al (2007) [6] đã giới thiệu một thiết bị cô lập móng mới và sáng tạo, trong đó hệ bao gồm hai đĩa, một trục trượt thẳng đứng, với đĩa ở trên lớn hơn và được đỡ bởi ba thanh nghiêng làm bằng vật liệu SMA Một nguyên mẫu của thiết bị được xây dựng và thử nghiệm trên các bản rung thực nghiệm được thể hiện trong Hình 1.15 Các thanh đó có 4 chức năng: (i) để cung cấp độ cứng chống lại các kích thích có cường độ thấp; (ii) để phân biệt các chuyển vị rất lớn; (iii) thiết bị để hồi phục; và (iv) làm tiêu tán năng lượng

Hình 1.15 Hệ cô lập móng được đề xuất bởi Casciati et al (2007) [6]

Xue và Li (2007) [7] đã đề xuất một hệ gối cô lập được gọi là gối cao su – SMA, trong đó các chi tiết của gối cô lập được thể hiển trong Hình 1.16 Trong nghiên cứu của mình các tác giả đề xuất sáng tạo ra hệ đã trình bày các mô hình cơ học của các thiết thiết bị đó và các kết quả thu được từ thực nghiệm

Hình 1.16 Hệ cô lập móng được đề xuất bởi Xue và Li (2007) [7]

Trang 29

Attanasi và Auricchio (2011) [8] đã đề xuất một thiết bị cô lập được gọi là gối siêu đàn hồi có hình dạng cấu tạo được thể hiện như ở Hình 1.17 Hệ này là sự kết hợp của gối trượt phẳng ma sát (FSB) và lò xo đàn hồi làm bằng vật liệu SMA, các

lò xo được bố trí đối xứng nhau trong đó một đầu gắn cố định vào nền móng còn đầu còn lại gắn vào gối trượt

Hình 1.17 Hệ cô lập móng được đề xuất bởi Attanasi và Auricchio (2011) [8] Trong các hệ cô lập được đề xuất như đã nêu ở trên thì tác giả đặc biệt quan tâm đến hệ cô lập móng trượt phục hồi thông minh (SRSBIS) được đề xuất bởi Jalali et

al (2011) [2], với cấu tạo của hệ gồm FSB và dây hợp kim có khả năng ghi nhớ hình dạng SMA Bởi đây là một loại hệ cô lập có tiềm năng nhưng còn khá mới mẻ

và chưa có nhiều nghiên cứu ngoài nghiên cứu của tác giả đề xuất, tuy nhiên trong nghiên cứu đó chỉ giới hạn ở hai công trình đó 1 tầng và 4 tầng, mặt khác các trận động đất sử dụng trong khảo sát ứng xử của công trình đều đã được đưa về cùng một đỉnh gia tốc nền (Peak Ground Acceleration – PGA) Do đó chưa cho thấy rõ được sự thay đổi ứng xử của công trình sẽ như thế nào khi số tầng của công trình tăng dần lên (kết cấu thượng tầng thay đổi) ứng với các trận động đất khác nhau có đỉnh gia tốc nền (PGA) khác nhau Xuất phát từ những vấn đề chưa được làm rõ đó

ý tưởng của Luận văn này được hình thành, cụ thể Luận văn này sẽ thực hiện khảo sát ứng xử của các công trình từ một đến mười tầng được trang bị hệ cô lập SRSBIS với các thông số thiết kế của hệ cô lập khác nhau và chịu các trận động đất khác nhau; tiến hành so sánh phản ứng của một công trình được xác định trước (3 tầng)

Trang 30

khi công trình đó lần lượt được trang bị hai hệ cô lập SRSBIS, FPS và chịu các trận động đất khác nhau

1.4 Mục tiêu và hướng nghiên cứu

Mục tiêu của Luận văn này là bổ sung những phần còn thiếu trong nghiên cứu trước đó về hệ SRSBIS để từ đó có được một cái nhìn tổng quan hơn về hệ SRSBIS

Để làm được điều đó Luận văn sẽ tiến hành nghiên cứu ứng xử của các công trình khác nhau được trang bị SRSBIS, khi chịu các trận động đất khác nhau có các đỉnh gia tốc nền (PGA) khác khác, trong đó các thông số thiết kế của hệ cô lập SRSBIS

sẽ được thay đổi theo từng trường hợp cụ thể Các khảo sát này bao gồm:

 Khảo sát ứng xử của từng công trình cụ thể là 1 tầng, 3 tầng, 5 tầng và 10 tầng khi chịu các trận động đất khác nhau đó là Elcentro, Northridge, Kobe

và Hachinohe ứng với các thông số thiết kế được thay đổi của SRSBIS Từ

đó rút ra kết luận về ảnh hưởng của từng thông số thiết kế của SRSBIS lên ứng xử của công trình Kiểm tra sự thay đổi ứng xử khi công trình có số tầng khác nhau

 So sánh hiệu quả làm việc của SRSBIS và FPS khi cả hai lần lượt được trang bị cho cùng một công trình 3 tầng và cả hai đều có các thông số thiết

kế của hai hệ cô lập là giống nhau

Trang 31

1.5 Luận văn

Nội dung trong Luận văn được trình bày như sau:

Chương 1: Nêu sơ lược thiệt hại do các trận động đất trong lịch sử mà con người phải gánh chịu cũng như các giải pháp, các loại hệ cô lập móng được đề xuất

để hạn chế thiệt hại do các trận động đất gây ra Tình hình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về các loại hệ cô lập nói chung và SRSBIS nói riêng Sau cùng là mục tiêu và hướng nghiên cứu của đề tài

Chương 2: Giới thiệu sơ bộ về hệ SRSBIS cũng như các thành phần cấu tạo của hệ, cụ thể là giới thiệu về gối trượt phẳng ma sát (FSB) và dây nhớ hình dạng (SMA) Chi tiết hơn là nêu các đặc tính cơ học đặc biệt của SMA và một số loại SMA thông dụng nói chung và ứng dụng trong các thiết bị địa chấn nói riêng

Chương 3: Chương này sẽ trình bày các cơ sở lý thuyết, các phương trình động học của mô hình tính toán cho công trình bình thường (bị ngàm chặt ở móng)

và mô hình tính toán cho công trình được cô lập móng bởi SRSBIS, FPS cũng như phương pháp để giải quyết các bài toán ví dụ cụ thể

Chương 4: Trình bày kết quả của các ví dụ số, từ đó rút ra nhận xét, đánh giá cho từng ví dụ cụ thể, trường hợp cụ thể

Chương 5: Từ các kết quả và nhận xét có được ở Chương 4, đưa ra các kết luận chung tổng quát và quan trọng đã đạt được trong Luận văn, từ đó kiến nghị hướng phát triển của đề tài trong tương lai

Tài liệu tham khảo: trích dẫn các tài liệu liên quan phục vụ cho mục đích nghiên cứu của đề tài

Phụ lục: Trình bày một số biểu bảng các giá trị tính toán trung gian và một số đoạn mã lập trình Matlab chính để tính toán các ví dụ số trong Chương 4

Trang 32

CHƯƠNG 2

GIỚI THIỆU VỀ HỆ SRSBIS

2.1 Hệ SRSBIS

Dựa trên những nhược điểm bị hạn chế của hệ gối trượt phẳng (FSB) đã có một

số hệ cô lập mới được đề xuất bằng cách gắn thêm các thiết bị hỗ trợ để cung cấp một độ cứng ngang cần thiết làm giảm chuyển vị ngang của công trình đặt trên hệ cũng như giúp công trình phục hồi lại vị trí cân bằng ban đầu Trong các hệ đó có hệ

cô lập móng trượt phục hồi thông minh (SRSBIS) được đề xuất bởi Jalali et al (2011) [2] Đây là một hệ cô lập rất mới được đề xuất để điều khiển kết cấu chịu tác động của địa chấn trong những năm gần đây SRSBIS được cấu tạo bởi hai thành phần chính cơ bản đó là gối trượt ma sát phẳng (FSB) và dây được làm bằng hợp kim ghi nhớ hình dạng (SMA), các cách bố trí của SRSBIS trong công trình được thể hiện rõ ở Hình 2.1 Điểm đặc biệt của SRSBIS so với các hệ cô lập khác cũng dựa trên gối trượt ma sát phẳng (FSB) đó là các tính chất đặc biệt của dây SMA

Hình 2.1 Hệ SRSBIS khi được trang bị cho công trình

Trang 33

Sự làm việc của SRSBIS là sự kết hợp của các gối trượt phẳng (FSB) và các dây SMA, trong đó các dây SMA luôn làm việc trong trạng thái có ứng suất (Cardone,

2006 [9]) Sự kết hợp của FSB và dây SMA là để khai thác các tính chất cơ học riêng của từng thành phần, FSB thì có khả năng cách ly địa chấn tốt bởi gối này cho phép công trình trượt tự do trên mặt trượt của nó, đồng thời sự ma sát do trượt tại gối cũng làm tiêu tán một phần năng lượng qua đó làm giảm các tác động của địa chấn lên công trình Còn dây SMA bổ sung những tính năng còn thiếu trong một hệ

cô lập cho FSB, đó là kiểm soát được chuyển vị tối đa của công trình ở các mức độ

cô lập và cung cấp khả năng phục hồi (Recentering) lại vị trí cân bằng ban đầu cho công trình khi công trình được đặt bên trên FSB Ngoài ra SMA cũng có khả năng tiêu tán năng lượng tương đối tốt mà không làm giảm mức độ cô lập của cả hệ

Sự sắp xếp của các dây SMA trong hệ cô lập như thế nào cũng là một vấn đề rất quan trọng vì nó quyết định tới sự làm việc của cả hệ cô lập và phản ứng động học của kết cấu bên trên Có rất nhiều cách để bố trí dây SMA trong hệ SRSBIS bằng cách thay đổi góc nghiêng  của dây SMA (góc hợp bởi phương của dây SMA và mặt phẳng nằm ngang) nhưng về cơ bản thì dây SMA trong hệ có thể được bố trí theo ba dạng chính đó là thẳng đứng (Vertical – v), giằng xéo (Brace – b), và nằm ngang (Horizontal – h) như được thể hiện ở Hình 2.1 Trong luận văn này sẽ tập trung nghiêng cứu SRSBIS-v với cách bố trí các dây SMA theo phương thẳng đứng, một bộ SRSBIS-v đơn vị gồm các thành phần và cấu tạo được thể hiện cụ thể ở Hình 2.2

Hình 2.2 Các thành phần của SRSBIS-v đơn vị

Trang 34

2.2 Gối trƣợt phẳng (FSB)

Gối trƣợt phẳng (FSB) đƣợc làm bằng thép không gỉ có bề mặt nằm ngang, phẳng và bên trên mặt trƣợt của FSB đƣợc phủ một lớp Teflon nhằm làm giảm ma sát tại mặt trƣợt của gối Teflon hay còn đƣợc gọi là Polytetrafluoroethylene (PTFE)

là một loại vật liệu có hệ số ma sát thấp đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp cũng nhƣ trong các ứng dụng thực tế của các gối trƣợt Ngoài đặc tính cơ học có hệ số ma sát rất thấp ra Teflon còn có các tính chất đặc biệt khác nhƣ không dính, kháng nhiệt, chịu đƣợc mài mòn cao, Teflon không tan trong bất kỳ một loại dung môi nào và rất bền với các hóa chất Teflon có hệ số ma sát thấp và đại lƣợng này không phụ thuộc vào nhiệt độ

Đặc điểm của gối trƣợt phẳng (FSB) đó là cho phép công trình đặt bên trên gối trƣợt tự do và nhƣợc điểm của FSB đó là khó kiểm soát đƣợc chuyển vị ngang tối

đa của công trình bên trên, cũng nhƣ sau khi không còn lực tác động sẽ có một chuyển vị dƣ vì FSB không có khả năng làm cho công trình đặt bên trên phục hồi lại

vị trí ban đầu, điều này trái ngƣợc với hệ mặt lõm ma sát (FPS) vì mặt trƣợt của FPS là mặt cong Chính những nhƣợc điểm nhƣ đã nêu ở trên mà FSB rất ít đƣợc sử dụng trong các ứng dụng cho các công trình thực tế

2.3 Hợp kim nhớ hình dạng (SMA)

Tất cả có khoảng hơn một chục họ hợp kim nhớ hình dạng (Jalali et al., 2011 [2]) Các họ hợp kim khác nhau thì dựa trên các gốc kim loại khác nhau nhƣ đồng (Cu), sắt (Fe), Nitinol (NiTi),… Một số loại hợp kim nhớ hình dạng điển hình cơ bản cũng nhƣ các đặc tính cơ học đƣợc thể hiện cụ thể ở Bảng 2.1 và Bảng 2.2

Trang 35

Bảng 2.1 Thành phần hóa học và nhiệt độ biến đổi của một số hợp kim nhớ hình

dạng (Alam, 2007 [10]) Hợp kim Thành phần (%) Quá trình chế tạo Ms (K) Mf (K) As (K) Af (K)

Ni-Ti 50.5-49.5

Cán nóng và sau đó cán nguội với hợp chất ủ trung gian

Trang 36

Bảng 2.2 Các thông số cơ bản của một số loại hợp kim nhớ hình dạng (Dezfuli et

al., 2013 [11]) Hợp kim ɛmax (%) ɛs (%) EA (GPa) Af (0C)

Hiện tượng ghi nhớ hình dạng của SMA lần đầu được phát hiện vào năm 1932

đó là của hợp kim Au và Cd (Chang et al., 1951 [12]) còn Ni-Ti (Nitinol) lần đầu tiên được tìm thấy bởi Buehler et al (1963) [13] Một loạt các nghiên cứu về các loại SMA khác nhau đã được thực hiện, nhằm xác định các đặc tính của các SMA khác nhau và để tìm các hợp kim tối ưu cho các ứng dụng địa chấn như của Y Kovel et al (1995) [14], A Serneels (1999) [15], Zhao et al (2001) [16]

Đặc điểm độc đáo chung của các SMA đó là khả năng chịu được biến dạng lớn

và trở về hình dạng như lúc chưa bị biến dạng thông qua sự loại bỏ ứng suất (thể hiện đặc tính siêu đàn hồi) hay tăng nhiệt độ (thể hiện đặc tính nhớ hình dạng) Các đặc tính của SMA phụ thuộc vào nhiệt độ được thể hiện cụ thể ở Hình 2.3 và Hình 2.4, cũng chính do đặc tính nhớ hình dạng độc đáo này mà các nhà khoa học đã đặt tên cho hợp kim là hợp kim nhớ hình dạng Ngoài ra SMA còn có khả năng chịu được mỏi, chống ăn mòn, mài mòn tuyệt vời và tiêu tán năng lượng cũng tương đối tốt

Trang 37

Hình 2.3 Biểu đồ thể hiện đặc tính siêu đàn hồi và nhớ hình dạng của hợp kim nhớ

hình dạng (Rofooei et al., 2011 [17])

Hình 2.4 Các trạng thái biến đổi của hợp kim nhớ hình dạng theo nhiệt độ Dây SMA trong hệ SRSBIS sử dụng là Nitinol do Nitinol phù hợp hơn trong các ứng dụng địa chấn hơn so với các SMA khác (Alam et al., 2007 [10]; Corbi, 2003 [18]; Dolce et al., 2000 [19]; Fugazza, 2003 [20]) Ngoài ứng xử cơ học vượt trội thì chi phí cho Nitinol cũng tương đối thấp hơn so với các loại SMA khác Kể từ khi lần đầu tiên được tìm thấy bởi Buehler et al (1963) [13] thì Nitinol đã trở nên khá phổ biến ngay sau khi phát hiện, một phần là do việc công khai sớm trên toàn thế giới bởi những người đã tìm ra Nitinol trong phòng thí nghiệm và một phần do các tính chất cơ học của hợp kim Nitinol phù hợp với rất nhiều ứng dụng khác nhau trong cuộc sống nói chung, các thiết bị điều khiển dao động nói riêng (Otsuka et al.,

2003 [21]; Kovel et al., 1995 [22])

Trang 38

SMA Nitinol có hai trạng thái cơ bản đó là trạng thái Martensite và Austenite, giữa hai trạng thái này có sự biến đổi qua lại lẫn nhau dựa vào điều kiện bên trong

và cả điều kiện bên ngoài, sự biến đổi đó còn đƣợc gọi là biến đổi Martensite Đã phải mất rất nhiều thời gian cho sự hiểu biết về biến đổi Martensite và hiệu ứng ghi nhớ hình dạng trong SMA Nitinol so với các loại hợp kim nhớ hình dạng khác Hầu hết các khó khăn làm mất nhiều thời gian đó là ở chỗ xác định cấu trúc phân tử của hợp kim trong trạng thái Martensite và ngày nay vấn đề đó đã đƣợc làm sáng tỏ bởi nhiều nghiên cứu có hệ thống, tổng quát trong những năm 1970, 1980 và về sau này

Các trạng thái của Nitinol đƣợc thể hiện thông qua Ms, Mf, As, Af lần lƣợt là nhiệt độ bắt đầu, nhiệt độ kết thúc của trạng thái Martensite và Autenite Những nhiệt độ trên đƣợc xác định dựa vào những thay đổi trong các tính chất vật lý của SMA đƣợc ghi nhận, chẳng hạn nhƣ điện trở Hình dạng tinh thể của SMA ở các trạng thái Martensite và Autenite đƣợc thể hiện ở Hình 2.5

Hình 2.5 Hình dạng của tinh thể trong quá trình biến đổi (a), (b), (c) và một thực nghiệm về khả năng ghi nhớ hình dạng (d) của hợp kim nhớ hình dạng

Trang 39

CHƯƠNG 3

3.1 Các giả định trong mô hình tính toán

 Kết cấu của công trình được xem là vẫn còn làm việc trong giới hạn đàn hồi khi chịu tác động của động đất

 Các sàn tầng được giả định là tuyệt đối cứng và khối lượng của công trình là các khối lượng tập trung ở mỗi sàn tầng

 Các cột của mỗi tầng không có trọng lượng mà chỉ cung cấp độ cứng ngang cho kết cấu

 Hệ kết cấu chỉ chịu tác động của gia tốc nền theo một phương nằm ngang (phổ ngang)

 Bỏ qua ảnh hưởng của tương tác giữa đất nền và kết cấu công trình trong mô hình tính toán

 Xem giá trị của hệ số ma sát  là hằng số (thực tế giá trị của  ngoài phụ thuộc vào vật liệu của mặt trượt còn phụ thuộc vào vận tốc trượt – là một hàm của vận tốc như được thể hiện ở Hình 3.1)

Hình 3.1 Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của hệ số ma sát  vào vận tốc trượt

Trang 40

 Xem dây SMA làm việc đàn hồi

M f

1 2

x f

1

1 2

x f

1

1 2

(3.4)



1

11

Định dạng
Số trang	132
Dung lượng	8,66 MB