Thiết bị có độ ứng âm (NSD) là cơ cấu giảm chấn thụ động, dựa vào sự dịch chuyển tương đối giữa các khung truyền lực và lực nén trước trong các lò xo cấu thành để phát sinh độ cứng âm làm giảm nội lực và chuyển vị của kết cấu. Bài báo trình bày nguyên lý cấu tạo và hoạt động của thiết bị, nghiên cứu khả năng ứng dụng trong thiết kế kháng chấn cho công trình.
Phổ phản ứng gia tốc động đất sử dụng trong phân tích
Trong nội dung ví dụ tính toán, hệ kết cấu khung phẳng bê tông cốt thép được sử dụng để phân tích nhằm khảo sát hiệu quả giảm chấn của thiết bị NSD. Hệ kết cấu được mô hình hóa và phân tích bằng phương pháp phi tuyến theo lịch sử thời gian bằng phần mềm SAP2000. Kết quả cho thấy, thiết bị NSD có hiệu quả tốt trong việc giảm lực cắt đáy, chuyển vị cho kết cấu.
Động đất là hiện tượng dịch chuyển rất mạnh của bề mặt trái đất gây ra bởi sự giải phóng năng lượng đột ngột phía sâu trong vỏ quả đất (do hoạt động kiến tạo, nổ hạt nhân,...) và hình thành sóng lan truyền đến các công trình trên bề mặt, làm cho công trình chuyển động và gây ra lực quán tính trong kết cấu. Động đất được xem là một trong những hiện tượng thiên nhiên gây nhiều thiệt hại nhất về tính mạng con người và của cải vật chất xã hội.
Thực tiễn lịch sử nhân loại đã chứng kiến sự phá hoại nghiêm trọng của các công trình xây dựng khi chịu tác động của động đất, từ việc hư hại cần phải sửa chữa đến sụp đổ hoàn toàn. Do đó, việc tính toán thiết kế công trình chịu động đất là yêu cầu cần thiết, đặc biệt đối với các công trình quan trọng, công trình mang tính biểu tượng lịch sử, văn hóa,...
Trong các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành [1-4], phương pháp thiết kế kháng chấn được sử dụng phổ biến là thiết kế theo khả năng (Capacity design method). Nguyên lý của phương pháp này là thiết kế chống lại tác động địa chấn dựa vào việc giảm cường độ vật liệu và có kể đến hệ số ảnh hưởng của biến dạng dẻo (ductility ratio) trong tính toán nhằm giảm lực tác động lên kết cấu.
Do đó, hệ kết cấu làm việc với độ bền thấp hơn các yêu cầu về đàn hồi. Cụ thể, phương pháp này tính toán đến các trạng thái giới hạn của vật liệu kết cấu, theo đó, khi công trình chịu tác động của động đất mạnh, ứng xử của kết cấu cho phép hình thành các biến dạng ngoài giai đoạn đàn hồi tại một số vị trí (thường được chỉ định sẵn).
Trong trường hợp lý tưởng, cách làm này đảm bảo an toàn cho con người khi xảy ra động đất theo thiết kế. Tuy nhiên, việc hình thành các biến dạng dẻo trong kết cấu có thể dẫn đến các phá hoại do biến dạng quá mức, và/hoặc biến dạng không thể hồi phục khi chịu tác động lớn. Ngoài ra, yêu cầu về việc phải tính toán chi tiết vị trí/bộ phận hình thành các biến dạng dẻo của kết cấu cũng gây nhiều khó khăn cho người thiết kế. Bài báo phân tích nguyên lý làm việc và hiệu quả của việc sử dụng thiết bị độ cứng âm (NSD) trong thiết kế kháng chấn cho kết cấu.
Ứng xử phi tuyến của thiết bị được mô tả bằng các phương trình giải tích được thiết lập thông qua các phương trình cân bằng lực. Trong ví dụ phân tích số, tác giả tiến hành phân tích kết cấu khung phẳng bê tông cốt thép điển hình chịu tác động của hai giản đồ gia tốc động đất thực được hiệu chỉnh cho phù hợp với điều kiện động đất tại Sơn La, Việt Nam.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
Buildata
