TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH

2.5 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

Động đất là hiện tượng rung động đột ngột mạnh của vỏ trái đất do sự dịch chuyển các mảng thạch quyển hoặc các đứt gãy trong vỏ trái đất và được truyền qua những khoảng cách lớn dưới dạng dao động đàn hồi. Động đất chủ yếu liên quan với nội lực kiến tạo. Đại đa số động đất xảy ra ở đới hút chìm các mảng thạch quyển hoặc ở dọc các đứt gãy sâu. Nhưng cũng có loại động đất do ngoại lực như sự trượt lở đất đá với khối lượng lớn hoặc sự mất cân bằng trọng lực ở những nới có hồ chứa nước lớn và sâu nhân tạo

Chấn Tiêu là nơi phát sinh dịch chuyển của động đất, trung tâm của các hoạt động địa chấn, nơi phát sinh năng lượng

Chấn Tâm là hình chiếu của chấn tiêu lên bề mặt quả đất

Độ sâu chấn tiêu là khoảng cách từ chấn tâm đến chấn tiêu, ký hiệu là H Động đất nông: khi H<70km

Động đất trung bình: khi H từ 70km đến 300km Động đất sâu: khi H>300km

Hình 2.7:Xác định tâm động đất

Thông thường các trận động đất xảy ra ở độ sâu từ 30km đến 100km

Tiêu cự là khoảng cách từ chấn tiêu đến trạm quan sát (trạm đặt máy hay chân công trình) được gọi là tiêu cự R

Tâm cự là khoảng cách từ chấn tâm đến trạm quan sát được gọi là L 2.5.2 Tiêu chuẩn dùng để tính toán động đất

TCXD 9386 – 2012

Tiêu chuẩn Châu Âu BS EN 1998 – 1 ; 1998 – 5:2004 (Eurocode 8) Tiêu chuẩn Mỹ UBC:1994 ; UBC:1997

Tiêu chuẩn Nga SNHIP II – 7 – 81 2.5.3 Các thang đo động đất

2.5.3.1 Độ richter

Bảng 2.16:Đánh giá ảnh hưởng thông qua thang richter Mô tả Độ

Richter Tác hại Tần số xảy ra

Không đáng kể

nhỏ

hơn 2,0 động đất thật nhỏ, không cảm nhận được khoảng 8.000 lần/ngày (1 lần 10 giây)

Thật

nhỏ 2,0-2,9 thường không cảm nhận nhưng đo được khoảng 1.000 lần/ngày (1 lần 1,2 phút)

Nhỏ 3,0-3,9 cảm nhận được nhưng ít khi gây thiệt hại khoảng 49.000 lần/năm (160 lần/ngày)

Nhẹ 4,0-4,9 rung chuyển đồ vật trong nhà. Thiệt hại khá

nghiêm trọng. khoảng 6.200 lần/năm

Trung

bình 5,0-5,9

có thể gây thiệt hại nặng cho những kiến trúc không theo tiêu chuẩn phòng ngừa địa chấn.

Thiệt hại nhẹ cho những kiến trúc xây cất đúng tiêu chuẩn.

khoảng 800 lần/năm Có sức tiêu hủy mạnh trong những vùng

Mô tả Độ

Richter Tác hại Tần số xảy ra

Rất

mạnh 7,0-7,9 có sức tàn phá nghiêm trọng trên những diện

tích to lớn. khoảng 18 lần/năm

Cực

mạnh 8,0-8,9

có sức tàn phá vô cùng nghiêm trọng trên những diện tích to lớn trong chu vi bán

kính hàng trăm km. khoảng 1 lần/năm

Cực kỳ mạnh

9,0-9,9 Khả năng tàn phá ngoài sức tưởng tượng

trong phạm vi hàng nghìn km2 khoảng 1 lần/20 năm Ngoại

lệ 10+ Hủy diệt mọi thứ, không gì có thể trụ vững

trên diện tích cả lục địa cực hiếm (không rõ) 2.5.3.2 Thang MSK hay MSK – 64

Gồm 12 cấp cường độ

 Cấp I: không cảm nhận được

 Cấp II: khó cảm nhận được

 Cấp III: yếu

 Cấp IV: quan sát được trên diện rộng

 Cấp VI: mạnh

 Cấp VII: rất mạnh

 Cấp VIII: gây thiệt hại

 Cấp IX: phá hủy

 Cấp IX: không cảm nhận được

 Cấp X: hủy diệt

 Cấp XI: thảm họa

 Cấp XII: Cực kì thảm họa

2.5.3.3 Thang Mercalli (hay thang MM) 2.5.3.4 Thang EMS98 (ở châu Âu) 2.5.3.5 Thang Sindo (Nhật bản) 2.5.3.6 Thang Rossi – Forel (RF) 2.5.3.7 Thang độ lớn momen (Mw)

2.5.4 Đánh giá sức mạnh của động đất 2.5.4.1 Sóng địa chấn

Năng lượng giải phóng từ chấn tiêu được làn truyền tới bề mặt đất dưới dạng sóng Có 3 loại sóng đàn hồi cơ bản gây ra chấn động phá hoại công trình: 2 loại sóng khối và 1 loại sóng mặt

- Sóng khối là xóng thể tích truyền qua nền đá cứng gồm 2 loại: sóng dọc gây biến dạng kéo và nén trong lòng đất và sóng ngang gây hiện tượng xoắn, cắt - Sóng mặt tạo ra khi sóng khối lên tới mặt đất bị phản xạ trở lại gây chuyển

động nền đất ở các lớp mặt

2.5.4.2 Ảnh hưởng của chuyển động địa chấn tới nền đất tới công trình Nền đất có thể bị mất ổn định kèm theo những chuyển vị lớn trên bề mặt gây ra sự phá hoại công trình, khi đó phải áp dụng các kỹ thuật gia cố nền

Nếu nền đất ổn định thì gây ra phá hoại công trình do lực quán tính sinh ra khi đất nền chuyển động

2.5.5 Phân loại tác động của động đất

- Theo giá trị gia tốc nền thiết kế ag  1.ag R , chia thành ba trường hợp động đất

Động đất mạnh ag  0 .0 8g , phải tính toán và cấu tạo kháng chấn

Động đất yếu 0 .0 4g  ag  0 .08g , chỉ cần áp dụng các giải pháp kháng chấn đã được giảm

Động đất rất yếu ag  0 .0 4g , không cần thiết kế kháng chấn - Ta xét công trình, ta traPHỤ LỤC ITCVN 9386 – 2012

- Đỉnh gia tốc nền tham chiếu: ag R  0 .1 0 8 1 9 .8 1  1 .0 6 0 5

- Gia tốc nền thiết kế trên nền đất loại A: ag  I.ag R  1 .2 5 1 .0 6 0 5  1 .3 2 5 6 (I tra phụ lục Gvàphụ lục FTCVN 9386 – 2012)

- Ta thấy: ag  0 .0 8g    1 .3 2 5 6  0 .7 8 4 8 nên phải tính toán và cấu tạo kháng chấn.

2.5.6 Các phương pháp thiết kế động đất

- TheoTCVN 9386 - 2012 ta có các phương pháp phân tích sau:

- Phương pháp phân tích đàn hồi tuyến tính

Phương pháp “phân tích phổ phản ứng dao động”

Phương pháp “phân tích lực ngang tương đương”

- Phương pháp phi tuyến

Phương pháp tĩnh phi tuyến

Phương pháp phi tuyến theo thời gian

- Ở đây ta thấy công trình có độ cứng không đồng đều do thay đổi tiết diện nên sinh viên dùng thiết kế động đất theo phương pháp phổ phản ứng

2.5.7 Thiết kế động đất

2.5.7.1 Thông số thiết kế phổ

- Đỉnh gia tốc nền tham chiếu trên nền đất loại A: ag R  1 .0 6 0 5

- Hệ số tầm quan trọng công trình: I 1.25 - Công trình được xây trên nền đất loại: C

- Gia tốc nền thiết kế trên nền đất loại C: ag  ag o  g  0 .0 8 5 6 9 .8 1  0 .8 3 9 7 - Giá trị tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi cho nền đất xây dựng công trình theo phương ngang (tra bảng 3.2 TCXD 375:2006)

Bảng 2.17:Tham số dựa trên đất nền Loại đất

nền

S TB(s) TC(s) TD(s)

C 1.15 0.2 0.6 2

Đặc điểm kết cấu công trình

- Hệ kết cấu công trình theo phương đang xét: Hệ khung hỗn hợp nhiều tầng nhiều nhịp

- Cấp dẻo thiết kế: Trung bình - Mặt đứng công trình: Đều đặn

- Mặt bằng công trình: Không đều đặn

Hệ số ứng xử của kết cấu công trình theo phương ngang:

0. w 3.9 1 3.9 1.5

q q K     => Thỏa điều kiện - Trong đó:

q0: Giá trị cơ bản của hệ số ứng xử,q0, cho hệ có sự đều đặn theo mặt đứng (tra bảng 5.1 TCVN 9386:2012)

 Kw: hệ số phản ánh dạng phá hoại phổ biến trong hệ kết cấu có tường (xem (11)P của điều 5.2.2.2 TCVN 9386:2012)

2.5.7.2 Xác định phổ thiết kế

 Phương ngang

- Theo 4P điều 3.2.2.5 TCVN 9386:2012, đối với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ thiết kế S Td( )được xác định bằng các biểu thức sau:

- Nếu:

0 0.2 :   . . 2 . 2.5 2

3 3

B d g

B

T T s S T a S T

T q

  

        

 

 

   1.5244 2 0.1282

d 3

S T    T

TB T T S TC: d  a Sg. .2.5 S Td  0.9772

   q  

  

2.5 0.5863

. . . :

0.26512 .

C g

C D d

g

a S T

T T T S T q T T

a

 

 

   

 



 :   . .2.5. .2   1.17262

0.26512 .

C D

g

D d d

g

a S T T

q T

T T S T S T T

a

   

   

    

 

 - Trong đó:

d  

S T : phổ thiết kế

T: chu kì dao động của hệ tuyến tính một bậc tự do q: hệ số ứng xử

 : hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang,

 0.2

S: hệ số nền

ag: gia tốc nền thiết kế trên nền loại A

TB là giới hạn dưới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc;

TC là giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc;

TD là giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng

Bảng 2.18:Giá trị phổ thiết kế theo phương ngang

T Sd

0 <= T <=TB:

0.00 0.8047

0.05 0.7970

0.10 0.7893

0.15 0.7815

0.20 0.7738

TB< T <= TC:

0.25 0.7738

0.35 0.7738

0.50 0.7738

0.60 0.7738

TC< T <= TD:

0.65 0.7143

0.77 0.6030

0.90 0.5159

1.02 0.4552

1.15 0.4037

1.27 0.3656

1.40 0.3316

1.52 0.3054

1.65 0.2814

1.77 0.2623

1.90 0.2444

2.00 0.2321

T > TD:

2.20 0.2099

2.40 0.2099

2.60 0.2099

2.80 0.2099

3.00 0.2099

4.00 0.2099

5.50 0.2099

7.00 0.2099

8.50 0.2099

10.00 0.2099

 Phương đứng

- Theo (5) điều 3.2.2.5 TCVN 9386:2012, đối với các thành phần thẳng đứng của tác động động đất, phổ thiết kế được tính như các biểu thức 4P điều 3.2.2.5 TCVN 9386:2012với gia tốc nền thiết kế avg theo phương thẳng đứng được thay bằng giá trị ag; S lấy bằng 1.0 còn các tham số khác như đã định nghĩa trong 4P điều 3.2.2.5 TCVN 9386:2012

Bảng 2.19:Giá trị phổ thiết kế theo phương đứng

T Sd

0 <= T <=TB:

0.000 0.6298

0.005 0.7243

0.010 0.8187

0.037 1.3289

0.050 1.5745

TB < T <= TC:

0.06 1.5745

0.09 1.5745

0.12 1.5745

0.15 1.5745

TC< T <= TD:

0.155 1.5237

0.231 1.0224

0.307 0.7693

0.383 0.6166

0.459 0.5145

0.535 0.4415

0.611 0.3865

0.687 0.3438

0.763 0.3095

0.839 0.2815

0.915 0.2581

1.000 0.2362

T > TD:

1.02 0.2270

1.16 0.1889

1.30 0.1889

1.44 0.1889

1.58 0.1889

1.72 0.1889

1.86 0.1889

2.00 0.1889

6.00 0.1889

10.00 0.1889

2.5.7.3 Đồ thị phổ phản ứng đàn hồi và thiết kế

2.5.7.4 Khai báo vào phần mềm để tính toán tải trọng động đất

 Khai báo phổ thiết kế vào Etabs - Từ chương trình Etabs 9.7.2

- Menu DefineResponse Spectrum Function…Hộp thoại Define Spectrum Funtion Definition. Chọn Spectrum from fileAdd New Function

Hình 2.8:Khai báo phổ ngang, phố đứng

 Định nghĩa trường hợp tải trọng động đất

Từ Menu Define  Response Spectrum Cases…Hộp thoại Define Response Spectra xuất hiện. Chọn Add New Spectrum và khai báo

Hình 2.9:Định nghĩa trường hợp động đất theo phương X, phương Y

2.5.7.5 Tải trọng và tổ hợp tải trọng

Do ta tính động đất theo phương pháp phổ thiết kế nên không cần khai báo thêm trường hợp tải

Bảng 2.20:Các trường hợp tải trọng tiêu chuẩn STT Tên trường hợp tải

trọng

Ký hiệu Type Self weight

Auto Lateral load

Ghi chú 1 Trọng lượng bản

thân cấu kiện

DL Dead 1

2 Tải trọng hoàn thiện SDL Super dead

0

3 Tải trọng tường WL Dead 0

4 Hoạt tải sử dụng 1 Live 1 Live 0  2k N /m2

5 Hoạt tải sử dụng 2 Live 2 Live 0  2k N /m2

6 Gió tĩnh phương X WTX Wind 0 User defined Geometric center 7 Gió động dạng 1

phương X

WDX1 Wind 0 User defined Center mass

8 Gió động dạng 2 phương X

WDX2 Wind 0 User defined Center mass

9 Gió động dạng 3 phương X

WDX3 Wind 0 User defined Center mass

10 Gió tĩnh phương Y WTY Wind 0 User defined Geometric center 11 Gió động dạng 1

phương Y

WDY1 Wind 0 User defined Center mass

12 Gió động dạng 2

phương Y WDY2 Wind 0 User defined Center mass

13 Gió động dạng 3

phương Y WDY3 Wind 0 User defined Center mass